Unidade 1 - Conceitos Básicos

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CURSO TCNICO EM ELETROTCNICA

SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA (SEP)

CONCEITUAO BSICA

Prof. Edmilson Bermudes Rocha Jnior

[email protected]

28/04/15

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CONCEITOS BSICOS

O que SEP?

Quais agentes so

parte de um SEP?

O que ANEEL?

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CONCEITOS BSICOS

SEP (Sistema Eltrico de Potncia): Conjunto de equipamentos que

operam de maneira coordenada com a finalidade de fornecer energia

eltrica aos consumidores, dentro de certos padres de qualidade

(confiabilidade, disponibilidade), segurana e custos, com o mnimo

impacto ambiental.

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CONCEITOS BSICOS

Concepo Clssica

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CONCEITOS BSICOS

Histria de SEP no Brasil e no

Mundo

Referncias:

Livro Power System Analysis and Design Glover http://www.aneel.gov.br/biblioteca/trabalhos/trabalhos/Monografia_Luiz%20Gustavo.pdf

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CONCEITOS BSICOS

A histria comea em 1878 com Thomas A. Edison: seu trabalho com a luz eltrica e a formulao do conceito de uma estao

central de potncia alimentando um circuito de iluminao.

Em 1882 geradores dc (dnamos) foram utilizados para alimentar uma carga de 30 kW em 110 V (iluminao incandescente) NYC.

Entretanto, medida que a carga crescia, as dificuldades de transporte em CC eram inevitveis .

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CONCEITOS BSICOS

Essa limitao foi vencida em 1885 quando William Stanley desenvolveu o primeiro transformador comercial.

Stanley instalou um sistema AC para alimentar 150 lmpadas no estado de Massachusetts (EUA).

Em 1889 foi construda a primeira linha AC monofsica entre Oregon City e Portland, com 21 km em 4 kV.

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CONCEITOS BSICOS

Em 1888 a expanso dos sistemas AC foi impulsionada por Nikola Tesla. Em seu trabalho, Tesla deixou evidente as

vantagens da utilizao de sistemas polifsicos, quando

comparado com sistemas monofsicos.

Em 1891 entrou em operao a 1 linha trifsica da Alemanha, com 179 km e 12 kV.

Em 1893 foi a vez dos EUA, com uma linha trifsica de 12 km em 2,3 kV.

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CONCEITOS BSICOS

Atualmente os sistemas atingem a ordem de vrias centenas de kVs, tanto em AC quanto em CC, sendo o primeiro com nveis de tenso um pouco maiores.

Os incentivos para aumento da tenso de transmisso so:

1) Aumento da distncia e da capacidade a ser transmitida;

2) Menores afundamentos de tenso;

3) Reduo de perdas;

4) Reduo da faixa de passagem por MW transmitido;

5) Reduo dos custos de investimento em transmisso.

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CONCEITOS BSICOS

Afundamento momentneo de tenso

Evento em que o valor eficaz da tenso do sistema se reduz, momentaneamente, para valores abaixo de 90% e acima de 10%

da tenso nominal de operao, durante intervalo superior ou igual

a um ciclo e inferior ou igual a 3 (trs) segundos.

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CONCEITOS BSICOS

A elevao da tenso deve estar acompanhada de tecnologias

adequadas nas seguintes reas, por exemplo:

1) Isolao suficiente.

2) Sistemas de proteo rpidos (por exemplo, detectar curto

circuitos em menos de 0,017s).

3) Disjuntores rpidos, que permitam a abertura dos circuitos em

tempos muito curtos (por exemplo, em menos de 0,033s).

4) Alta velocidade em religamentos automticos.

5) Para-raios adequado.

6) Meios de comunicao eficientes, que permitam a

comunicao entre os diversos dispositivos, e os permitam

atuar nos tempos desejados.

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CONCEITOS BSICOS

Por que corrente alternada senoidal de 60 Hz?

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CONCEITOS BSICOS

Os primeiros sistemas operavam em vrias frequncias

distintas: 25, 50, 60 e 133 Hz, por exemplo.

A escolha das frequncias se deve a 2 aspectos bsicos:

1) Baixas frequncias causam o fenmeno de flicker em

lmpadas incandescentes.

2) Elevadas frequncias causam o aumento das reatncias das

linhas e das perdas no ncleo dos transformadores.

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CONCEITOS BSICOS

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CONCEITOS BSICOS

Em 1891 foi proposto o uso de 60 Hz como frequncia padro nos

EUA.

As frequncias padronizadas no mundo so 50 Hz e 60 Hz.

Hoje 60 Hz usado nos Estados Unidos, Canad, Japo e Brasil.

50 Hz so usados na Europa, nas repblicas soviticas, no

restante da Amrica do Sul, ndia e Japo (usa os 2).

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CONCEITOS BSICOS

E os sistemas de alta tenso em CC?

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CONCEITOS BSICOS

O uso de grandes sistemas de transmisso em CC s foi

possvel depois do advento da eletrnica de potncia, que

permitiu efetuar as converses CA-CC-CA.

Em 1954 o primeiro grande sistema de transmisso em CC foi

posto em operao na Sucia. Operou em 100 kV por 100 km.

Nos EUA o primeiro sistema CC data de 1970 , com 400 kV e

1.360 km.

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CONCEITOS BSICOS

E no Brasil?

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CONCEITOS BSICOS

Alguns fatos histricos do incio:

1) Em 1879 foi inaugurada a iluminao eltrica

interna da atual Estao Central do Brasil;

2) Em 1883 foi inaugurado em Campos (RJ) o

primeiro servio pblico de energia eltrica do

Brasil e da Amrica do Sul, contando com 39

lmpadas;

3) Em 1887 Porto Alegre passou a receber servios

da Companhia Fiat Lux (Termoeltrica de 160

kW);

4) No mesmo ano foi criada no RJ a Companhia de

Fora e Luz, para atender alguns pontos do

centro.

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CONCEITOS BSICOS

Alguns mais atuais:

Em 1973 foi assinado o tratado de Itaipu, para a construo da Usina;

Em 1979 entrou em operao a usina de Sobradinho;

Em 1984 vez da Usina de Tucuru e Itaipu entrarem em operao;

Em 1985 entrou em operao comercial Angra 1;

Em 2001 ocorreu o grande racionamento;

Em 2003 foi lanado o programa Luz para Todos (LPT).

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CONCEITOS BSICOS

Nveis de tenso comumente utilizados no Brasil:

Transmisso e subtransmisso: 750; 600; 500; 230; 138; 69; 34,5 kV.

Distribuio primria em redes pblicas: 34,5 kV e 13,8 kV.

Distribuio secundria em redes pblicas: 380/220 V e 220/127 V, em redes trifsicas; 440/220 V e 254/127 V, em

redes monofsicas.

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O SISTEMA ELTRICO BRASILEIRO

Qual energia se usa no Brasil?

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Participao de Renovveis na Matriz Energtica

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Organizao para a Cooperao e Desenvolvimento Econmico (OCDE), com sede em Paris, Frana, um

organismo composto por 34 membros. A OCDE foi fundada

em 14 de dezembro de 1961, sucedendo a Organizao para

a Cooperao Econmica Europeia, criada em 16 de abril de

1948.

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So membros da OCDE: Alemanha (1961); Austrlia (1971); ustria (1961); Blgica (1961); Canad (1961); Chile (2010);

Coreia do Sul (1996); Dinamarca (1961); Eslovquia (2000);

Eslovnia (2010); Espanha (1961); Estados Unidos (1961);

Estnia (2010); Finlndia (1969); Frana (1961); Grcia

(1961); Hungria (1996); Irlanda (1961); Islndia (1961); Israel

(2010); Itlia (1962); Japo (1964); Luxemburgo (1961);

Mxico (1994); Noruega (1961); Nova Zelndia (1973);

Pases Baixos (1961); Polnia (1996); Portugal (1961); Reino

Unido (1961); Repblica Tcheca (1995); Sucia (1961); Sua

(1961); e Turquia (1961).

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Matriz Eltrica Brasileira

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Quem usa a energia eltrica ?

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Composio

Sistema Interligado Nacional (SIN): uma grande rede de transmisso que permite o trnsito de

energia entre as regies do Brasil; e

Sistemas Isolados: localizados principalmente na regio Norte, cujas principais caractersticas so

a limitao do intercmbio de energia e a gerao

termeltrica.

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Principais Agentes do Setor

Geradoras, que produzem a energia;

Transmissoras, que transportam a energia do ponto da gerao at os centros consumidores;

Distribuidoras, que levam a energia at a casa do consumidor; e

Comercializadoras, autorizadas a comprar e vender energia para os consumidores livres aqueles que precisam de mais de 3.000 kW.

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Principais Agentes do Setor

O acesso de geradoras e transmissoras se d atravs de leilo.

No caso da distribuio, o acesso se d por concesso, por prazos de 20 a 25 anos.

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Mudana de cultura Monoplio estatal (at incio de 1990);

Modelo de mercado (privatizaes): novos agentes no controle das empresas de distribuio de energia e

novos investidores;

A complexidade do novo modelo, com a introduo de

diferentes agentes tambm nas reas de gerao, transmisso e comercializao de energia, exigiu do Estado a adequao de sua estrutura.

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Mudana de cultura A complexidade do novo modelo, com a introduo de

diferentes agentes tambm nas reas de gerao, transmisso e comercializao de energia, exigiu do Estado a adequao de sua estrutura;

Escelsa : vendida em 1995.

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Mudana de cultura

Em 2004 houve a segunda etapa da reestruturao do setor eltrico brasileiro.

Uma das principais mudanas que uma mesma empresa no poderia deter ativos em mais de 1 segmento (gerao, transmisso, distribuio e comercializao).

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Mudana de cultura

Os grandes grupos de atuao nacional criaram holdings para gerenciar as diversas empresas que foram criadas.

Esta mudana tambm acabou com a possibilidade de venda de energia entre geradoras e distribuidoras de um mesmo dono, diretamente.

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Holding Empresa que possui como atividade principal, a

participao acionria majoritria em uma ou mais

empresas, ou seja, uma empresa que possui a

maioria das aes de outras empresas e que detm o

controle de sua administrao e polticas

empresariais.

Sociedade gestora de participaes sociais que administra conglomerados de um determinado

grupo.

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Concesso de Servio de Energia Eltrica

A delegao de sua prestao, feita pelo poder concedente, mediante licitao, na modalidade de

concorrncia pessoa jurdica ou consrcio de

empresas que demonstre capacidade para seu

desempenho, por sua conta e risco e por prazo

determinado.

H a celebrao de um contrato administrativo bilateral.

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Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL

rgo regulador do setor eltrico;

Criado em 1997;

Autarquia em regime especial, vinculada ao Ministrio de Minas e Energia (MME);

Criada pela Lei 9.427 de 26 de Dezembro de 1996.

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Misso

Proporcionar condies favorveis para que o mercado de

energia eltrica se desenvolva com equilbrio entre os

agentes e em benefcio da sociedade.

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Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL Atribuies

Regular e fiscalizar a gerao, a transmisso, a

distribuio e a comercializao da energia eltrica;

Atender reclamaes de agentes e consumidores com equilbrio entre as partes e em beneficio da sociedade;

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Atribuies

Mediar os conflitos de interesses entre os agentes do

setor eltrico e entre estes e os consumidores;

Conceder, permitir e autorizar instalaes e servios de energia;

Garantir tarifas justas;

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Atribuies

Zelar pela qualidade do servio; Exigir investimentos; Estimular a competio entre os operadores; e Assegurar a universalizao dos servios.

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Atribuies

Zelar pela qualidade do servio; Exigir investimentos; Estimular a competio entre os operadores; e Assegurar a universalizao dos servios.

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Funes bsicas

Normatizar as polticas e as diretrizes estabelecidas

pelo Governo Federal para o setor eltrico; (Emisso de Resolues)

Fiscalizar a prestao do servio sociedade; Dirimir eventuais conflitos que possam surgir entre os

diversos atores do setor.

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Funes bsicas

Conceder o direito de explorao dos servios,

atividade delegada pelo Ministrio de Minas e

Energia (MME).

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Operador Nacional do Sistema ONS

o rgo responsvel pela coordenao e controle da

operao das instalaes de gerao e transmisso de

energia eltrica no Sistema Interligado Nacional (SIN),

sob a fiscalizao e regulao da Agncia Nacional de

Energia Eltrica (Aneel).

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Operador Nacional do Sistema ONS

uma pessoa jurdica de direito privado, sob a forma de

associao civil, sem fins lucrativos, criado em 26 de

agosto de 1998, pela Lei n 9.648/98, com as alteraes

introduzidas pela Lei n 10.848/04 e regulamentado pelo

Decreto n 5.081/04.

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Operador Nacional do Sistema ONS Desenvolve uma srie de estudos e aes a serem

exercidas sobre o sistema e seus agentes para manejar

o estoque de energia de forma a garantir a segurana do

suprimento contnuo em todo o Pas.

Constitudo por membros associados e membros participantes, constitudos por empresas de gerao,

transmisso, distribuio e consumidores livres de

grande porte.

Tambm participam importadores e exportadores de energia, alm do Ministrio de Minas e Energia (MME).

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Empresa de Pesquisa Energtica EPE

Tem por finalidade prestar servios na rea de estudos e

pesquisas destinadas a subsidiar o planejamento do setor

energtico, tais como energia eltrica, petrleo e gs

natural e seus derivados, carvo mineral, fontes energticas

renovveis e eficincia energtica, dentre outras.

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Conselho Nacional de Poltica Energtica CNPE

um rgo de assessoramento do Presidente da

Repblica. Sua funo formular polticas e diretrizes de

energia destinadas a:

I promover o aproveitamento racional dos recursos energticos do Pas, em conformidade com o disposto na

legislao aplicvel.


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II assegurar, em funo das caractersticas regionais, o suprimento de insumos energticos s reas mais

remotas ou de difcil acesso do Pas, submetendo as

medidas especficas ao Congresso Nacional, quando

implicarem criao de subsdios, observado o disposto

no pargrafo nico do artigo 73 da Lei n. 9.478, de 1997;


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III rever periodicamente as matrizes energticas aplicadas s diversas regies do Pas, considerando as fontes

convencionais e alternativas e as tecnologias

disponveis;

IV estabelecer diretrizes para programas especficos, como os de uso do gs natural, do lcool, de outras

biomassas, do carvo e da energia termonuclear;


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V estabelecer diretrizes para a importao e exportao, de maneira a atender s necessidades de consumo

interno de petrleo e seu derivados, gs natural e

condensado, e assegurar o adequado funcionamento do

Sistema Nacional de Estoques de Combustveis e o

cumprimento do Plano Anual de Estoques Estratgicos

de Combustveis, de que trata o artigo 4 da Lei n 8.176,

de 8 de fevereiro de 1991.


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Comit de Monitoramento do Setor Eltrico CMSE

Criado pela lei 10.848, de 2004, com a funo de

acompanhar e avaliar permanentemente a continuidade e a

segurana do suprimento eletroenergtico em todo o

territrio nacional.


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Comit de Monitoramento do Setor Eltrico CMSE De acordo com o decreto 5.175, de 9 de agosto de 2004, o

CMSE ser presidido pelo Ministro de Estado de Minas e

Energia e ter a seguinte composio:

I quatro representantes do Ministrio de Minas e Energia; e

II os titulares dos rgos a seguir indicados:

a) Agncia Nacional de Energia Eltrica - ANEEL;

b) Agncia Nacional do Petrleo - ANP;

c) Cmara de Comercializao de Energia Eltrica - CCEE;

d) Empresa de Pesquisa Energtica - EPE; e

e) Operador Nacional do Sistema Eltrico - ONS


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Cmara de Comercializao de Energia de Eltrica CCEE

Tem por finalidade viabilizar a comercializao de energia

eltrica no Sistema Interligado Nacional nos Ambientes de

Contratao Regulada e Contratao Livre, alm de efetuar a

contabilizao e a liquidao financeira das operaes

realizadas no mercado de curto prazo.


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Cmara de Comercializao de Energia de Eltrica CCEE Comeou a operar em novembro de 2004 como fruto do

novo marco regulatrio estabelecido pelo governo brasileiro

para o setor eltrico;

Associao civil integrada por agentes das categorias de gerao, de distribuio e de comercializao;

Desempenha papel estratgico na viabilizao das operaes de compra e venda de energia eltrica,

registrando e administrando contratos firmados entre

geradores, comercializadores, distribuidores e

consumidores livres.


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Interligaes Internacionais


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Consumo de Energia Eltrica no Brasil


Fonte : EPE - 2013

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Diviso de Distribuidoras no Esprito Santo

Referncia:

http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Cartilha_SANTAMARIA.pdf

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Distribuidoras de energia eltrica:

EDP Escelsa;

ELFSM Empresa de Luz e Fora Santa Maria

A ELFSM atende a 09 municpios inteiros e divide outros

02 com a EDP Escelsa (vide prximo slide). A EDP

Escelsa atende ao restante da rea.

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ELFSM Empresa de Luz e Fora Santa Maria: 1) Colatina;

2) Alto Rio Novo;

3) guia Branca;

4) So Gabriel da Palha;

5) Vila Valrio (parte do municpio);

6) Pancas;

7) So Domingos do Norte;

8) Governador Lindemberg;

9) Marilndia;

10) So Roque do Cana;

11) Santa Tereza (parte do municpio).

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Demanda x Energia

Curvas de Carga

Referncia:

Livro Introduo aos Sistemas de Distribuio de Energia Eltrica

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Demanda

A demanda (mdia) de uma instalao a potncia nos terminais receptores, tomada como valor mdio num

determinado intervalo de tempo (Energia/Tempo).

O perodo no qual tomado o valor mdio designado por intervalo de demanda.

Fazendo o intervalo de demanda tender a zero, pode-se definir a demanda instantnea.

Valores tpicos para intervalo de demanda: 5, 10, 15 e 60 minutos.

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Curva de carga:

Excepcionalmente, as cargas permanecem constantes durante

um longo perodo. Quase sempre, variam constantemente

segundo as atividades, os nveis scio-econmicos e os

costumes dos consumidores, s horas do dia, os dias da

semana, as estaes do ano, etc.

A curva de carga um grfico, representado no plano

cartesiano, a variao da carga em funo do tempo. Quando o

eixo dos tempos abrange um dia, obtm-se a curva de carga

diria.

A seguir temos algumas curvas de carga para exemplificar.

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Grfico 01

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Demanda Mxima - Dia A: 713 kW

Demanda Mxima - Dia B: 713 kW

Energia - Dia A: 8.032 kWh

Energia - Dia B: 7.411,25 kWh

Demandas Mximas Iguais!

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Grfico 02

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Demanda Mxima - Dia C: 706 kW


Energia - Dia C: 8.032 kWh

Energias Iguais!

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Grfico 03

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Demanda Mxima - Dia D: 713 kW


Energia - Dia D: 8.032 kWh

Demandas Mximas e Energias Iguais!

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Efeito do intervalo de demanda na curva

de carga

Uma vez realizada a medio, somente possvel aumentar o intervalo de demanda. No possvel reduzi-lo.

Quando maior o intervalor de demanda, mais flat ser a curva de carga, reduzindo-se, desta maneira, a exibio de detalhes.

Um exemplo est no grfico a seguir, que mostra a curva de carga vista

com intervalo de demanda de 15 minutos (medio original), 1 hora e 4

horas.

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O Horrio de Vero

Referncias:

http://www.aneel.gov.br/65.htm

http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-

2010/2008/decreto/d6558.htm

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Horrio de Vero

Instituir a hora especial de vero consiste em adiantar os ponteiros do relgio em uma hora;

Aproveitar a luz natural o mais possvel durante os dias mais longos do ano

A idia surgiu Nos Estados Unidos, cem anos antes da Conferncia de Washington de 1884;

Em ingls a hora especial recebe a denominao de daylight saving time.

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Horrio de Vero no Brasil

O Horrio de Vero foi institudo pela primeira vez no Brasil no vero de 1931/1932;

At 1967 sua implantao foi feita de forma espordica e sem um critrio cientfico mais apurado;

Voltou a vigorar no vero de 1985/86, como parte de um elenco de aes tomadas pelo governo devido ao

racionamento ocorrido na poca por falta dgua nos reservatrios das hidreltricas. Desde ento o horrio de

vero passou a ocorrer todos os anos;

Estudos mais aprofundados foram realizados nos ltimos anos, gerando critrios mais apurados para subsidiar sua

implantao.

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O principal objetivo da implantao do Horrio de Vero o melhor aproveitamento da luz natural ao entardecer, o que

proporciona substancial reduo na gerao da energia

eltrica, em tese equivalente quela que se destinaria

iluminao artificial de qualquer natureza, seja para

logradouros e reparties pblicas, uso residencial, comercial,

de propaganda ou nos ptios das fbricas e indstrias;

Em algumas regies do nosso pas a durao dos dias e das noites sofre alteraes significativas ao longo do ano, reunindo

condies excelentes para a implantao da medida do

perodo primavera-vero;

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De fato, o Horrio de Vero reduz a demanda por energia no perodo de suprimento mais crtico do dia, ou seja, que vai

das 18h s 21h quando a coincidncia de consumo por

toda a populao provoca um pico de consumo,

denominado "horrio de ponta;

Adiantar os ponteiros do relgio em uma hora, como acontece durante quatro meses no ano, permite que se aproveite melhor

a luz natural, obtendo-se uma reduo da ponta (apurada por

medio pelo Operador Nacional do Sistema Eltrico ONS), em mdia, de 4% a 5% e poupa o Pas de sofrer as

conseqncias da sobrecarga na rede durante a estao mais

quente do ano, onde o uso de eletricidade para refrigerao,

condicionamento de ar e ventilao atinge seu pice.

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Horrio de Vero no Brasil Alguns destaques:

O horrio de vero foca na reduo da demanda mxima;

A economia de energia vem como produto secundrio;

Est fortemente baseado na mudana de comportamento da populao;

Algumas populaes trabalham com 2 relgios durante o horrio de vero! 1 para compromissos externos (horrio de vero) e outro

para compromissos internos (horrio antigo).

.

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Horrio de Vero no Brasil Alguns destaques

A implantao do Horrio de Vero, ao permitir que entre 19 e 20 horas ainda se disponha de claridade no cu, evita que se ponha

em operao as usinas que seriam necessrias para gerar a

energia eltrica para iluminar, ao entardecer, as regies onde o

sistema de hora especial implantado e que abrange os maiores

centros consumidores do Pas.

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Horrio de Vero - DECRETO N 6.558, DE

08/09/2008, e suas alteraes

At o horrio de vero 2008/2009, no havia uma regra clara para determinar o dia de incio e trmino do horrio de vero;

Em 2008 foi publicado o decreto N 6.558 que estabeleceu estas regras (vide prximo slide);

O decreto original pode sofrer alteraes, principalmente com relao aos estados participantes do horrio de vero.

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Art. 1 Fica instituda a hora de vero, a partir de zero hora do

terceiro domingo do ms de outubro de cada ano, at zero

hora do terceiro domingo do ms de fevereiro do ano

subseqente, em parte do territrio nacional, adiantada em

sessenta minutos em relao hora legal.

Pargrafo nico. No ano em que houver coincidncia entre o

domingo previsto para o trmino da hora de vero e o domingo

de carnaval, o encerramento da hora de vero dar-se- no

domingo seguinte.

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Art. 2 A hora de vero vigorar nos Estados do Rio Grande do

Sul, Santa Catarina, Paran, So Paulo, Rio de Janeiro, Esprito

Santo, Minas Gerais, Gois, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul,

Tocantins e no Distrito Federal. (Redao dada pelo Decreto n

7.826, de 2012)

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Art. 2 A hora de vero vigorar nos Estados do Rio Grande do

Sul, Santa Catarina, Paran, So Paulo, Rio de Janeiro, Esprito

Santo, Minas Gerais, Gois, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul,

Tocantins e no Distrito Federal. (Redao dada pelo Decreto n

7.826, de 2012)

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Estudar:

Bandeiras Tarifrias Resoluo Normativa n 649 / 2015 (Submdulo 6.8);

Micro e Mini gerao Resoluo Normativa n 482/2012.

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