Geração, transmissão e distribuição de energia elétrica

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GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E 
DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA
2
Leandro José Cesini da Silva
São Paulo
Platos Soluções Educacionais S.A 
2022
 GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE 
ENERGIA ELÉTRICA
1ª edição
3
2022
Platos Soluções Educacionais S.A
Alameda Santos, n° 960 – Cerqueira César
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Mariana Gerardi Mello
Revisor
Karina Yamashita
Editorial
Beatriz Meloni Montefusco
Carolina Yaly
Márcia Regina Silva
Paola Andressa Machado Leal
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)_____________________________________________________________________________ 
Silva, Leandro José Cesini da
Geração, transmissão e distribuição de energia elétrica 
/ Leandro José Cesini da Silva. – São Paulo: Platos Soluções 
Educacionais S.A., 202.
32 p.
ISBN 978-65-5356-166-3
1. Energia elétrica. 2. Geração de energia elétrica. 3. 
Distribuição de energia elétrica. I. Título.
CDD 621.3121
_____________________________________________________________________________ 
Evelyn Moraes – CRB 010289/O
S586g 
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SUMÁRIO
Apresentação da disciplina __________________________________ 05
Geração de energia elétrica __________________________________ 07
Transmissão de energia elétrica ______________________________ 18
Distribuição de energia elétrica ______________________________ 30
Fundamentos básicos para projetos de sistemas de energia _ 42
GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA
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Apresentação da disciplina
A energia elétrica percorre um longo caminho até chegar nas casas, 
indústrias e comércios. Esse caminho inicia pela produção da energia 
em usinas (hidroelétricas, térmicas, eólicas, entre outras), transportada 
pelos sistemas de transmissão de energia e, por fim, distribuída aos 
consumidores pelos sistemas de distribuição, ramificados em todo o 
país.
Nesta disciplina, você estudará várias formas de geração de eletricidade. 
Serão apresentadas as fontes hidráulica, térmica e eólica, elencando 
seus principais componentes que compõem sua estrutura, bem como 
entender o funcionamento de cada uma delas.
A disciplina também traz como objetivo a apresentação dos sistemas de 
transmissão de energia elétrica. É apresentado o histórico da evolução 
das tecnologias de transmissão de energia, no mundo, e o gradual 
aumento das tensões utilizadas nesses sistemas. Além disso, aborda 
sobre a composição de toda a estrutura dos sistemas de transmissão, 
apresentando os principais componentes e suas funções.
Os sistemas de distribuição de energia elétrica também são abordados, 
com um conteúdo rico sobre os equipamentos que compõem essas 
redes, bem como seu funcionamento. Além disso, apresenta os 
principais tipos de redes e ligações.
Por fim, a disciplina traz os principais fundamentos utilizados na 
elaboração de projetos em sistemas de energia, englobando a geração, 
a transmissão e distribuição de energia elétrica. De forma objetiva, 
aborda sobre os projetos de usinas hidráulicas e térmicas, explorando 
6
os principais conceitos e fluxogramas. Sobre a transmissão de energia 
elétrica, você poderá aprender a calcular os principais requisitos de 
projeto para construção de linhas. Sobre a distribuição, a disciplina 
aborda a classificação das cargas e consumidores, além dos cálculos 
dos fatores de cargas envolvidos em projetos de distribuição de energia 
elétrica. 
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Geração de energia elétrica
Autoria: Leandro José Cesini da Silva
Leitura crítica: Karina Yamashita
Objetivos
• Apresentar a fonte hidráulica como uma alternativa 
para a geração de energia elétrica.
• Entender o funcionamento de uma usina 
termoelétrica e seus principais componentes.
• Analisar os componentes que compõem um 
aerogerador e entender o seu funcionamento.
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1. Introdução
Olá, estudante!
Você sabia que existem diferentes formas de gerar eletricidade? 
O desenvolvimento de novas tecnologias e a busca por mais 
sustentabilidade nos processos de geração de energia elétrica têm 
sido de extrema importância para a preservação ambiental. Aqui, 
abordaremos especificamente as hidroelétricas, as termoelétricas e as 
usinas eólicas. Você sabe quais são as fontes que cada uma delas utiliza? 
Logo mais veremos.
Em um sistema elétrico, a produção de energia elétrica assume o início 
da cadeia até o fornecimento ao consumidor final. Portanto, para que 
se possa entender toda a cadeia, é importante segregar cada etapa 
e conhecer os fundamentos e os componentes que fazem parte da 
geração de eletricidade, e é justamente isso que você encontrará nessa 
leitura digital.
2. Geração de energia elétrica
2.1 Hidroelétricas
O uso da água possui diferentes finalidades, desde a irrigação, o 
transporte fluvial, o uso humano até a geração de eletricidade. Veja 
que todos esses múltiplos usos concorrem entre si, uma vez que são 
essenciais para a sobrevivência humana. No contexto da geração de 
energia elétrica, a água, por ser um recurso renovável, torna-se uma 
fonte muito importante. No Brasil, segundo a Empresa de Pesquisa 
Energética (EPE) (2021), o abastecimento de energia elétrica foi 65,2% 
9
proveniente de fonte hidráulica. Mas, você sabe como funciona uma 
usina hidroelétrica?
O ser humano, nos seus primórdios, descobriu que a força da água 
resultante de um desnível do terreno, por onde percorre um fluxo de 
água, gera trabalho. Você já ouviu falar do monjolo ou da roda d’água? 
Esses foram os primeiros equipamentos fabricados pelo homem que 
convertiam a força da água em trabalho, principalmente para a moagem 
de grãos (REIS, 2011). Com o avanço da tecnologia, surgiram as turbinas 
hidráulicas, que transformam toda a energia potencial e cinética da água 
em energia mecânica, que, através de geradores elétricos, convertem 
toda essa energia mecânica em eletricidade.
A Figura 1 apresenta o esquema de funcionamento de uma hidroelétrica.
Figura 1 | Componentes de uma hidroelétrica
Fonte: armckw/iStock.com.
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/stockdevil?mediatype=photography
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Veja que existe uma queda no relevo entre o reservatório (reservoir) e 
a turbina (turbine), ou seja, a lâmina d’água do reservatório é mais alta 
que o nível da turbina. Essa queda em metros (m), que podemos chamar 
simplesmente de H, combinada com a vazão de água Q (m3/s) que passa 
pela turbina, a aceleração da gravidade g (9,8 m/s2) e o rendimento total 
do sistema ηTOT, podemos escrever a seguinte expressão para calcular a 
potência elétrica a ser obtida através desse sistema:
* * *TOTP g Q Hη=
Portanto, veja que, quanto maior a altura H e a vazão Q, maior é a 
potência elétrica que pode ser gerada pela usina hidroelétrica. Além 
dessas características, existem outros componentes que fazem parte do 
conjunto de geração hidráulica, são eles:
• Tela de proteção (screen): responsável por evitar que objetos não 
desejados passem pela turbina, evitando avarias no equipamento.
• Barragem (dam): são as paredes de concreto que suportam a força 
da água do reservatório.
• Portões (gate): são responsáveis por liberar o fluxo de água para o 
sistema.
• Comporta (penstock): é por onde passa o fluxo turbinável de água 
até achegada à turbina.
• Gerador (generator): é o equipamento que transforma a energia 
mecânica da turbina em energia elétrica.
• Casa de força (powerhouse): local onde se encontram os 
equipamentos elétricos e de controle da usina hidroelétrica.
• Transformador de elevação (step up transformer): é o 
transformador responsável por elevar a tensão elétrica da energia 
gerada pelo gerador.
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• Linha de transmissão (transmission line): é a linha de transmissão 
que transportará a energia gerada até os consumidores.
• Saída da água turbinada (outflow): após a passagem pela turbina, a 
água segue o fluxo normal do rio (river).
No caso de um rio muito cheio, em que as turbinas da usina não 
suportam utilizar toda a água disponível, o que é possível fazer para que 
o reservatório não transborde? Nesse caso, existem os vertedouros, que 
são comportas que se abrem e transferem a água diretamente para a 
jusante do rio, sem passar pelas turbinas.
2.2 Termoelétricas
A operação de usinas termoelétricas é baseada na conversão da energia 
térmica em energia mecânica e, posteriormente, em energia elétrica 
(REIS, 2011). A potência de produção de trabalho mecânico útil é 
proveniente de uma fonte de energia térmica, e o transporte de energia 
entre o reservatório térmico até a máquina térmica, que é a responsável 
por transformar o calor em trabalho útil, é realizado por um fluido de 
trabalho. O fluido mais comum é a água e, quando esta muda de fase 
(evaporação e condensação) durante o processo de geração de trabalho, 
dizemos que este é o ciclo a vapor de potência (MOREIRA, 2018).
Mas, como gerar a energia térmica necessária para a conversão em 
energia elétrica? A utilização da energia química dos combustíveis é uma 
alternativa. Através da combustão deles, libera-se energia térmica para 
o processo. Veja que também é possível utilizar combustíveis radioativos 
para a produção de energia elétrica, porém a energia nuclear é gerada 
através da fissão nuclear. Portanto, define-se usinas termoelétricas as 
que utilizam a combustão em seus processos, e usinas nucleares, os 
processos que se utilizam da fissão nuclear. Porém, ambas possuem a 
água como fluido de trabalho.
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Os combustíveis mais utilizados nas termoelétricas são os derivados 
de petróleo, biomassa, gás natural e carvão mineral. Veja, na Figura 2, 
o esquema de uma usina termoelétrica movida a carvão mineral, no 
entanto o esquema pode ser amplamente utilizado para qualquer outro 
combustível de interesse de análise, exceto para a utilização do gás 
natural, que necessita de uma câmara de combustão específica para 
realizar a queima do gás.
Figura 2 - Esquema de uma termoelétrica movida a carvão mineral
Fonte: blueringmedia/iStock.com.
Note que a Figura 2 apresenta todos os componentes que fazem 
parte do processo de geração de energia elétrica através de uma 
termoelétrica. Vejamos, a seguir, cada um deles em detalhes:
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/stockdevil?mediatype=photography
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• Suprimento de carvão (coal supply): no início do processo, 
o combustível necessita estar alocado em local seguro, e é 
necessário que haja um sistema de transporte desse combustível 
até o local de sua queima. Geralmente, combustíveis sólidos 
utilizam as correias e as roscas transportadoras para o transporte. 
Já os combustíveis líquidos possuem sistemas de bombeamento 
específicos.
• Fornalha e caldeira (Furnance/boiler): o combustível deve ser 
transportado e alimentar a fornalha de uma caldeira. É nesse local 
que ocorre a queima do carvão, por exemplo. Veja que, de forma 
simplificada, existe uma espécie de serpentina com tubos cheios 
de água que atravessam a fornalha. É nesse momento que a água 
se aquece e se evapora devido ao calor gerado pela combustão do 
carvão, fazendo com que se acumule o vapor (steam) na caldeira. 
Com a temperatura e a pressão adequadas do vapor, ele segue o 
fluxo do processo até chegar à turbina.
• Turbina (turbine): como você viu anteriormente, a turbina é a 
máquina térmica responsável por transformar toda a energia 
contida no vapor em energia mecânica. Através do seu formato 
construtivo, o vapor expandido que chega à turbina percorre 
todo o seu corpo e vai perdendo temperatura e pressão, fazendo 
com que a turbina gire na velocidade adequada para o processo, 
através de um sistema de controle.
• Condensador (condenser): assim que o vapor termina de percorrer 
toda a turbina, perdendo temperatura e pressão, ele se condensa. 
Agora, faz-se necessário ser resfriado e voltar à fase líquida para 
realimentar o processo. Assim, o condensador é um equipamento 
dotados de tubos percorridos com água (water) fria. Note que 
a água de resfriamento utilizada para resfriar o condensado 
é diferente da água utilizada para a geração de vapor. Ambas 
utilizam tratamentos químicos diferenciados.
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• Chaminé (stack): toda queima de combustíveis gera emissões para 
a atmosfera, assim uma chaminé é utilizada para canalizar os 
gases resultantes da queima.
• Gerador (generator): assim como na Figura 1, é necessário que 
um gerador esteja acoplado à turbina para que também gire 
na velocidade adequada para a geração de energia elétrica. A 
eletricidade gerada é inserida na rede elétrica através das linhas de 
transmissão (transmission lines).
De forma geral, as termoelétricas são divididas de acordo com o método 
de combustão utilizado. Quando o fluido de trabalho não entra em 
contato com combustível, dizemos que a termoelétrica é de combustão 
externa, pois, neste caso, o combustível aquece o fluido, assim como 
foi visto na Figura 2, em que a queima do carvão aquece a água para a 
geração de vapor. E quando o fluido tem contato com o combustível, 
dizemos que a termoelétrica é de combustão interna. Isso acontece no 
caso da combustão do gás natural para a geração de eletricidade (REIS, 
2011).
2.3 Eólicas
A energia contida nos ventos é chamada de eólica. Ela consiste na 
energia cinética, que é resultado do deslocamento de massas de ar 
oriundas de vários efeitos climáticos e por efeitos de superfície, tais 
como rugosidade do solo, obstáculos etc. Você deve ter visto que 
a energia eólica é muito utilizada há tempos pela humanidade. Por 
exemplo, barcos a vela utilizam a força dos ventos para realizar um 
deslocamento, ou seja, para realizar trabalho. Os moinhos de vento 
também são um outro ótimo exemplo de que a humanidade os utiliza 
para ajudar em suas tarefas há muito tempo (MOREIRA, 2018).
A utilização da energia eólica para a geração de eletricidade não é tão 
recente. Em 1881, na Dinamarca, já existiam protótipos de torres eólicas, 
15
porém, devido ao baixo preço dos combustíveis fósseis no início do 
século XX e alta disponibilidade, fizeram com que o desenvolvimento 
dessa tecnologia ficasse restrito às pesquisas. À medida que os 
derivados de petróleo assumiram preços mais elevados e maior 
escassez, o desenvolvimento de sistemas eólicos comerciais ganhou 
força.
A faixa de aplicação das turbinas eólicas ou aerogeradores vai desde 
pequenas potências até potências que atingem a ordem de alguns MW. 
Os aerogeradores podem ser classificados de acordo com a orientação 
do eixo do rotor em relação ao solo. Os rotores que possuem eixo 
vertical são os menos aplicados comercialmente. Já os rotores com eixo 
horizontal são os mais utilizados. Nessa configuração, é interessante 
que haja um sistema que oriente a posição das pás do aerogerador, 
para que o vento possa incidir perpendicularmente à área circular 
percorrida pelas pás. Na Figura 3, você encontra um aerogerador com 
eixo horizontal e seus principais componentes.
Figura 3 - Aerogerador
Fonte: Reis (2011, p. 297).
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/stockdevil?mediatype=photography
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A composição de um aerogerador não é complexa, conforme você pode 
notar na Figura 3. As pás que captam a força dos ventos são acopladas 
ao cubo do rotor que transfere essa energia ao eixo do gerador 
elétrico, fazendo com que sofra ummovimento de rotação. Como a 
velocidade do vento não é constante, entre o eixo de baixa rotação e o 
de alta rotação, existe uma caixa de multiplicação. Esta é responsável 
por manter a velocidade de rotação do eixo adequada à operação do 
gerador elétrico, que está conectado logo em seguida. A base do bloco, 
constituída pelos equipamentos que citamos anteriormente, é chamada 
de acoplamento de nacele, onde está alojado o sistema de orientação 
das pás do aerogerador. A torre é uma peça fundamental, pois é ela 
que sustenta todo o bloco de geração e possui alturas variadas. Por fim, 
a energia elétrica gerada pelo gerador elétrico é conduzida por cabos 
que ficam alojados no interior da torre até atingir a base do sistema e 
se conectar à rede elétrica local. De forma geral, os aerogeradores são 
divididos em pequenos, médios e grandes, a depender de sua potência 
instalada ou do seu diâmetro e da sua área do rotor.
Nesta leitura, você estudou sobre os principais componentes e conceitos 
sobre o funcionamento dos principais sistemas de geração de energia 
elétrica existentes no mundo. O aproveitamento hidráulico das quedas 
d’água dos rios no Brasil é a principal fonte geradora de energia elétrica 
no país, que, através da altura da queda entre reservatório e turbina 
e da vazão de água que a atravessa, é possível determinar a potência 
a ser gerada. O aproveitamento térmico através da combustão de 
combustíveis fósseis, renováveis ou nucleares para a geração de 
energia elétrica é o princípio de funcionamento das termoelétricas, 
que possuem, em sua maioria, a água como o fluido de trabalho. A 
partir do vapor gerado nas caldeiras, este, a depender de sua pressão e 
temperatura, faz girar uma turbina que, acoplada a um gerador elétrico, 
fornece energia elétrica aos sistemas em que estiverem conectados. 
Por fim, você aprendeu sobre a fonte eólica, que utiliza da força dos 
ventos para girar um aerogerador, que, através de uma caixa de 
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multiplicação, garante a rotação adequada para o sistema. Interessante 
também observar o sistema de orientação das pás, que está alojado 
na nacele, que garante o ângulo adequado para que o vento sempre 
esteja perpendicular às pás. Portanto, você estudou que existem várias 
maneiras de gerar eletricidade a partir do aproveitamento de outras 
fontes de energia e, através da utilização de equipamentos adequados, é 
possível convertê-las em energia elétrica.
Referências
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional – 
Relatório síntese 2021. Ano base 2020. Brasília, DF: Ministério de Minas e 
Energia, 2021. Disponível em: https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-
dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-601/topico-588/
BEN_S%C3%ADntese_2021_PT.pdf. Acesso em: 10 fev. 2021.
MOREIRA, J. R. S. (org.). Energias renováveis, geração distribuída e eficiência 
energética. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2018.
REIS, L. B. dos. Geração de energia elétrica. 2. ed. Barueri, SP: Manole, 2011.
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Transmissão de energia elétrica
Autoria: Leandro José Cesini da Silva
Leitura crítica: Karina Yamashita
Objetivos
• Apresentar a classificação e o histórico da evolução 
das linhas de transmissão pelo mundo.
• Estudar os principais componentes que constituem 
uma linha de transmissão.
• Estabelecer critérios para a escolha de uma tensão 
de transmissão de energia elétrica.
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1. Introdução
Olá, estudante!
Você sabia que as linhas de transmissão são um dos principais 
componentes de um sistema elétrico de potência? A sua principal função 
é transportar a energia elétrica gerada pelas usinas até as subestações, 
onde a energia elétrica é distribuída. Nesta leitura digital, abordaremos 
sobre os principais componentes que constituem esses sistemas de 
transmissão e suas principais funções.
Estudaremos também que as linhas de transmissão possuem diferentes 
níveis de tensão. Além disso, mostraremos os métodos utilizados para 
a definição da melhor tensão a ser empregada em um sistema de 
transmissão de energia elétrica.
2. Classificação das linhas de transmissão
Os níveis de tensão aplicados às linhas de transmissão no Brasil são 
de 750 kV, 500 kV, 230 kV, 138 kV, 69 kV e 34,5 kV. As linhas chamadas 
de ultra-alta-transmissão são as que possuem níveis de tensão acima 
de 765 kV (PINTO, 2018). As redes e linhas de transmissão acima de 
230 kV são chamadas de rede básica, e as linhas abaixo de 230 kV e 
que pertencem às empresas de transmissão, de Demais Instalações 
de Transmissão (DIT) (BARROS; BORELLI; GEDRA, 2014). Além disso, 
podemos classificar as tensões das linhas de transmissão por faixas de 
tensão. O grupo A corresponde ao fornecimento para consumidores 
em alta tensão, assim temos: a faixa de tensão superior a 230 kV é 
classificada como subgrupo A1; tensões entre 88 kV e 138 kV são 
classificadas no subgrupo A2; o subgrupo A3 corresponde à tensão 
de 69 kV; tensões entre 30 kV e 44 kV fazem parte do subgrupo A3a; o 
subgrupo A4 corresponde às tensão entre 2,4 kV até 25 kV.
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De acordo com o comprimento das linhas de transmissão, podemos 
classificá-las em:
• Longas: acima de 249 km.
• Médias: entre 80 km e 249 km.
• Curtas: abaixo de 80 km.
Atualmente, no mundo, existem, basicamente, duas tecnologias que 
formam as estruturas de transmissão, são elas: FACTS (Flexible AC 
Transmission System) e HVDC (High Voltage Direct Current). As linhas de 
transmissão CA (corrente alternada) são as mais difundidas e utilizadas, 
possuindo um histórico de aplicação em altas tensões desde a década 
de 1950, conforme mostrado na Figura 1 e no Quadro 1.
Figura 1 – Evolução das linhas de transmissão
Fonte: Pinto (2018, p. 67).
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/stockdevil?mediatype=photography
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Quadro 1 – Evolução das linhas de transmissão
1952 Empresa American Electric Power instala sistema de 345 kV. Em construção na Suécia, uma 
linha de 380 kV.
1957 Na Rússia, implantação de uma linha de 420 kV.
1959 Linha de 525 kV na Rússia.
1965 Primeiro sistema canadense de 735 kV.
1967 Na Rússia, implantação de uma linha de 787 kV.
1969 Nos Estados Unidos, implantação de uma linha de 765 kV.
1973 Empresa japonesa inicia a operação de uma linha de 500 kV.
1981 Na China, comissionamento de linhas de 500 kV.
1985 Na Rússia, implantação de linha de 1200 kV.
1988-
1999
Construção e entrada em operação de linhas de 1100 kV no Japão, em circuito duplo.
2008 China implanta uma linha de 1100 kV.
2012-
2013
Linha de 1200 kV planejada a entrar em operação na Índia.
Fonte: Pinto (2018, p. 67).
A partir do histórico apresentado pela Figura 1 e pelo Quadro 1, é 
possível notar que as grandes economias do mundo, em cada época 
respectiva, foram as pioneiras na evolução de projetos específicos para 
o transporte de eletricidade. A tensão de trabalho desses sistemas mais 
que triplicou nas últimas décadas após 1950, chegando a projetar linhas 
com tensão na faixa dos 1200 kV.
3. Principais componentes de uma linha de 
transmissão
Uma linha de transmissão é constituída por longos trechos de cabos que 
são sustentados por isoladores e estruturas apropriadas de metal ou 
concreto. Os principais componentes são as torres, os condutores, os 
para-raios e os isoladores (BARROS; BORELLI; GEDRA, 2014).
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/stockdevil?mediatype=photography
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3.1 Torres
Até na Segunda Guerra Mundial, era comum encontrar, na América do 
Norte, torres de transmissão confeccionadas de madeira com tensões 
de até 132 kV. Com o avanço das tecnologias, atualmente, existem vários 
tipos de materiais empregados na construção delas. As torres de aço, 
comumente empregadas, podem ser treliçadas ou de polos tubulares. 
Veja também que as torres são estruturas de grande porte, assim as 
fundações são muito importantes para a segurança e a instalação 
das estruturas. A depender do solo, podemos ter diferentes tipos de 
fundações:
• Estacas: solos fracos.
• Sapatas: bons solos com lençol freático.
• Grelhas: bons solos sem lençolfreático.
• Tubulões: bons solos com altos níveis de carregamento na 
estrutura.
As torres de transmissão são classificadas de acordo com a disposição 
dos condutores, podendo ser triangulares, verticais ou horizontais. São 
classificadas também de acordo com o número de grupos de fases, 
ou circuitos, podendo ser simples, duplo ou quádruplo. A Figura 2a 
apresenta uma torre triangular; a Figura 2b, uma torre vertical; a Figura 
2c, uma torre horizontal.
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Figura 2 – Disposição dos condutores
Fonte: Pinto (2018, p. 87).
Note, na Figura 2, que, a depender da necessidade do projeto de uma 
linha de transmissão, pode-se escolher dentre os três tipos de torres e 
dispor os condutores de acordo com as especificidades de engenharia.
Com relação à quantidade de circuitos, a Figura 3a apresenta uma torre 
com circuito duplo, e a Figura 3b, uma torre com circuito quádruplo. 
Lembrando que, apesar de a Figura 3 trazer torres com disposição 
horizontal dos condutores, é possível encontrar estruturas na vertical e 
triangulares com múltiplo circuitos.
https://www.istockphoto.com/br/portfolio/stockdevil?mediatype=photography
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Figura 3 – Número de circuitos
(a) (b)
Fonte: Barros e Borelli (2018, p. 23-34).
Note que, na Figura 3a, os circuitos duplos estão relacionados aos 
pontos em cada extremidade, sendo dois pontos, indicando que em 
cada extremidade é possível suportar dois circuitos, ou seja, dois 
conjuntos de condutores. Na Figura 3b, existem quatro pontos nas 
extremidades, indicando, portanto, a possibilidade de suportar quatro 
diferentes circuitos. Em ambas as figuras, existem, nas extremidades 
superiores, dois pontos, um à esquerda e outro à direita, indicando o 
local dos para-raios.
3.2 Condutores e para-raios
Os responsáveis pela condução da eletricidade em uma linha de 
transmissão são os condutores. Os materiais aplicados em sua 
confecção são, geralmente, o cobre e o alumínio. Usualmente, o 
condutor possui um condutor central, e várias camadas sucessivas de 
25
condutores são enroladas em sentido contrário, trazendo uma maior 
fixação.
No final do século XIX, o material mais utilizado na transmissão de 
energia elétrica era o cobre. Isso acontecia porque o preço do alumínio, 
na época, ainda era mais elevado. Outra questão que limitava a 
utilização do alumínio era o fato de ele possuir menor resistência 
mecânica. Veja que uma solução encontrada em 1908 é utilizada até os 
dias atuais: o condutor de alumínio com alma de aço, o ACSR (Aluminium 
Conductor Steel Reinforced). A primeira linha de transmissão a utilizar 
essa tecnologia se localizava na Califórnia, nos Estados Unidos, e se 
chamava Big Creek (PINTO, 2018).
Os condutores ACSR, ou CAA (alumínio com alma de aço), possuem um 
núcleo de aço para dar resistência ao condutor e sobre ele existe uma 
camada de alumínio. Dependendo dessa combinação entre alumínio e 
aço, o condutor terá características distintas. No Brasil, a predominância 
é de cabos CAA em linhas de transmissão de alta e extra alta tensão. 
A escolha de um tipo de condutor nem sempre é uma tarefa trivial. 
Existem diversos fatores que precisam ser levados em conta, como: 
custos, perdas etc.
O aterramento se faz necessário também nas linhas de transmissão, 
com o objetivo de garantir a segurança de toda a estrutura. O condutor 
de para-raios é instalado acima dos circuitos energizados, conduzindo 
para a terra qualquer eventual descarga atmosférica que possa atingir 
as linhas de transmissão. Os condutores mais utilizados são do tipo:
• Aço galvanizado: condutores constituídos de aço galvanizado, com 
revestimento de zinco, e possui alta resistência.
• Alumoweld: são cabos de aço com revestimento de alumínio.
• ACSR: como visto anteriormente, cabos de alumínio com alma de 
aço.
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O desempenho mecânico, as perdas, a capacidade de suportar correntes 
de curto-circuito, entre outros fatores, precisam ser analisados no 
momento da escolha de um tipo de cabo para ser utilizado em uma 
linha de transmissão. Uma escolha inadequada pode ocasionar 
algum efeito não desejável. Importante observar que, a depender 
da resistência do solo onde se encontra a torre, faz-se necessária a 
utilização de contrapesos, que são cabos enterrados ao longo de todo 
o percurso da linha de transmissão, garantindo, assim, um aterramento 
com baixa resistência (ROBA et al., 2020).
3.3 Isoladores
Os isoladores, como o próprio nome diz, são os responsáveis por isolar 
toda a área energizada da estrutura da torre, que, sendo metálica, pode 
conduzir eletricidade e provocar acidentes. Além disso, os isoladores dão 
sustentação mecânica aos cabos.
Isoladores funcionando em boas condições de uso oferecem ao sistema 
menor corrente de fuga. Esse tipo de corrente pode ocorrer por meio do 
próprio isolador ou criando um arco elétrico no ar entre o condutor e a 
estrutura de suporte ao isolador. Geralmente, é fabricado utilizando-se, 
como material, a porcelana. Essa oferece maior resistência mecânica e 
sofre menos com as variações de temperatura em comparação com o 
vidro, outro material também utilizado na fabricação de isoladores. A 
Figura 4 mostra um isolador do tipo cadeia de isoladores de campânula. 
Note que ele fica entre o cabo do condutor e a estrutura metálica da 
torre de transmissão.
27
Figura 4 – Isolador 
Fonte: Kateryna Mashkevych/ iStock.com.
4. Escolha da tensão
Muitos fatores interferem no momento da escolha da tensão a ser 
utilizada na transmissão de energia elétrica. Quanto melhor o custo-
benefício, mais chances de essa tensão ser empregada em algum 
projeto. Um ponto importante nessa análise é o estudo das outras 
linhas de transmissão que circundam o novo projeto, pois, devido às 
necessidades de interconexões, essas podem interferir na escolha da 
tensão de trabalho.
Dois métodos são utilizados para o cálculo da tensão de uma linha de 
transmissão, são eles:
• Critério Alfred Still: apresenta bons resultados para linhas de 
transmissão que apresentam comprimentos maiores que 30 km.
28
• Critério da potência natural: utilizada para cálculos de tensão para 
linhas de transmissão de grandes comprimentos.
A escolha econômica da tensão de uma linha de transmissão, ou seja, 
o cálculo do custo, primeiramente deve-se levar em consideração três 
informações básicas: a tensão de geração, a potência a ser transmitida 
e o comprimento da linha de transmissão. Um exemplo interessante 
é o caso de linha de transmissão em corrente contínua, que pode 
apresentar um custo inferior que uma linha CA equivalente (PINTO, 
2018).
O cálculo utilizado no Estados Unidos para encontrar a tensão 
econômica é dada pela seguinte expressão:
Sendo a tensão da linha dada em kV, o comprimento da linha de 
transmissão dado em km e a potência máxima por fase em kW.
5. Regulação do setor de transmissão de 
energia elétrica
As empresas que operam linhas de transmissão no Brasil devem seguir 
as normas estabelecidas pelo órgão regulador de energia elétrica 
no Brasil, a ANEEL. A Resolução nº 281, de 1º de outubro de 1999, 
estabelece as condições gerais de contratação do acesso, que inclui 
o uso e a conexão aos sistemas de transmissão de energia elétrica. 
Segundo esta resolução, as empresas de transmissão devem assegurar 
um tratamento não discriminatório aos usuários, estimular novos 
investimentos na expansão do sistema elétrico e minimizar os custos de 
ampliação ou utilização dos sistemas. Além disso, deve induzir o uso do 
sistema elétrico de forma racional.
29
A Resolução Normativa nº 559, de 27 de junho de 2013, estabelece o 
procedimento de cálculo da Tarifa de Uso do Sistema de Transmissão 
(TUST). A TUST deverá ser aplicada em base mensal considerando 
a metodologia locacional de cálculo e deve ratear os encargos na 
proporção de 50% para os geradores e 50% para os consumidores. Esta 
norma também define que o valor mínimo da TUST seja zero.
Nesta leitura digital, você estudou sobreos principais assuntos 
relacionados à transmissão de energia elétrica. Você conheceu os 
principais componentes de um sistema de transmissão, bem como as 
classificações utilizadas por tensão e comprimento das linhas. Além 
disso, estudou sobre os tipos de torres e as normas que regulam esse 
setor tão importante para a sociedade. Portanto, quando você visualizar 
uma linha de transmissão na sua cidade, lembre-se de que existe uma 
série de particularidades que a tornam necessária e segura para nos 
proporcionar o bem-estar e possibilitar a chegada de energia elétrica em 
nossa sociedade.
Referências
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Resolução nº 281, de 1º de outubro 
de 1999. Estabelece as condições gerais de contratação do acesso, compreendendo 
o uso e a conexão, aos sistemas de transmissão de energia elétrica. Brasília, DF: 
ANEEL, [2022].
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Resolução Normativa nº 559, de 27 
de junho de 2013. Estabelece o procedimento de cálculo das Tarifas de Uso dos 
Sistemas de Transmissão – TUST. Brasília, DF: ANEEL, [2022].
BARROS, B. F. de; BORELLI, R.; GEDRA, R. L. Geração, transmissão, distribuição e 
consumo de energia elétrica. São Paulo, SP: Érica, 2014.
PINTO, O. M. Energia elétrica: geração, transmissão e sistemas interligados. Rio de 
Janeiro, RJ: LTC, 2018.
ROBBA, E. J. et al. Análise de sistemas de transmissão de energia elétrica. São 
Paulo, SP: Blucher, 2020.
30
Distribuição de energia elétrica
Autoria: Leandro José Cesini da Silva
Leitura crítica: Karina Yamashita
Objetivos
• Apresentar os componentes básicos de uma rede de 
distribuição de energia elétrica.
• Estudar os tipos de redes de distribuição de energia 
elétrica existentes.
• Estabelecer as diferenças entre redes monofásicas e 
trifásicas de distribuição de energia elétrica.
• Apresentar aspectos de operação e qualidade dos 
serviços de distribuição.
31
1. Introdução
Olá, estudante!
As redes de distribuição são responsáveis por levar a energia elétrica até 
as nossas casas. Você sabia que, devido à quantidade de consumidores 
espalhados pelo país, ela possui uma vasta extensão e capilaridade? 
Nesta leitura digital, estudaremos os principais componentes que 
constituem uma rede de transmissão e as principais características 
que fazem da distribuição de energia elétrica uma rede de extrema 
importância para o país.
2. A rede de distribuição de energia elétrica
O sistema de distribuição de energia elétrica se une à topologia das 
cidades, percorrendo as ruas e avenidas, interligando os sistemas de 
transmissão ou geração de pequeno e médio porte aos consumidores. 
Assim, os sistemas de distribuição possuem maior ramificação e 
extensão do que as linhas de transmissão (ABRADEE, 2019). Além disso, 
os serviços públicos de distribuição de energia elétrica são um direito 
do cidadão assegurado pela lei de universalização dos serviços públicos 
de energia elétrica. Para regular esse setor tão importante para o Brasil, 
existem os Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema 
Elétrico Nacional (PRODIST) e a Resolução Normativa nº 414, de 9 de 
setembro de 2010. O PRODIST trata de documentos que normatizam e 
padronizam as atividades técnicas da distribuição, e a REN nº 414/2010, 
das condições gerais de fornecimento de energia elétrica no país. Os 
consumidores conectados nas redes de distribuição do país pagam 
tarifas específicas para a distribuidora de energia elétrica que são 
regulados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
32
2.1 Subestação de distribuição
A distribuição de energia elétrica se conecta à rede de transmissão 
através da Estação Transformadora de Distribuição (ETD). É por meio 
dela que a tensão da transmissão é rebaixada, permitindo que a 
etapa de distribuição seja possível. Do mesmo modo que as linhas de 
transmissão, as redes de distribuição são constituídas por condutores, 
transformadores e vários outros tipos de equipamentos de fixação, 
controle e proteção.
As subestações de distribuição de energia elétrica estão alocadas 
próximas às cidades, uma vez que distribuem a eletricidade para os 
consumidores. As empresas concessionárias se mantêm atentas à 
demanda de locais adequados para se instalar novas subestações de 
distribuição, uma vez que as cidades estão sempre se expandindo e 
consequentemente o número de consumidores. Porém, vem surgindo 
tecnologias de compactação dessas estruturas, reduzindo a necessidade 
de grandes áreas para implantá-las.
2.2 Componentes básicos de uma rede de distribuição
Os três principais conjuntos de equipamentos que constituem um 
sistema de distribuição de energia elétrica são: manobra e proteção, 
transformação e estrutura.
2.2.1 Manobra e proteção
As manobras e proteções das redes de distribuição são realizadas, 
principalmente, através de:
• Chave faca: tensão máxima de operação 15 kV; corrente nominal 
mínima de 200 A; corrente nominal de curta duração 8 kA (NISKIER; 
MACINTYRE, 2021).
33
• Chaves fusíveis: tensão máxima de operação 15 kV; corrente 
nominal mínima de 100 A; corrente de ruptura mínima 12 kA 
(NISKIER; MACINTYRE, 2021).
• Religador automático: é um equipamento que detecta correntes de 
curto-circuito na rede, desligando e religando automaticamente os 
circuitos em um número determinado de vezes.
2.2.2 Transformação
Assim como os demais transformadores de energia elétrica, os 
transformadores que encontramos instalados nas redes de distribuição 
funcionam eletromagneticamente, transformando os níveis de média 
em baixa tensão. Na maioria das regiões brasileiras, os transformadores 
transformam a tensão de 13,8 kV em 220 V ou 127 V (BARROS; BORELLI; 
GEDRA, 2018).
Esses transformadores podem ser encontrados instalados nos postes 
que encontramos pelas ruas e avenidas das cidades. Alguns desses 
também podem ser encontrados no subsolo, em locais apropriados. 
Eles podem ser instalados isoladamente ou em conjunto com outros 
transformadores, e são eles que efetivamente entregam a eletricidade 
até as nossas residências e pequenos comércios e indústrias.
2.2.3 Estrutura
Os itens relacionados à estrutura de uma rede de distribuição são, 
basicamente, os postes, os isoladores e as cruzetas. Os postes 
são responsáveis pela sustentação de condutores, isoladores e 
transformadores de redes aéreas de distribuição. A cruzeta recebe os 
condutores da rede primária sobre os isoladores. E isoladores, como o 
nome já diz, isolam os condutores energizados do restante da estrutura 
da rede.
34
2.3 Níveis de tensão da distribuição
As redes de distribuição de energia elétrica possuem diferentes 
níveis de tensão. Para os sistemas com tensões entre 69 kV e 138 kV, 
dizemos que são sistemas de subtransmissão, desde que estejam sob 
responsabilidade da distribuidora de energia elétrica. Todavia, existem 
também redes com tensões mais baixas, operando entre 2,3 kV e 44 kV 
(média tensão). A essas redes damos o nome de circuitos primários. E, 
para tensões inferiores a 2,3 kV (baixa tensão), dizemos que são circuitos 
secundários, como pode ser visto na Figura 1 (BARROS; BORELLI; GEDRA, 
2018).
Figura 1 – Redes primária e secundária
Fonte: Barros, Borelli e Gedra (2018, p. 29).
Note que, na Figura 1, a rede primária se encontra instalada na parte 
superior do poste, onde os condutores são alocados na horizontal sobre 
a cruzeta fixa no poste. A rede secundária fica logo abaixo da cruzeta, 
e os condutores são alocados na vertical. As tensões encontradas 
comumente nas redes primárias brasileiras são: 11,9 kV, 13,2 kV, 13,8 
kV, 20 kV e 34,5 kV. Já nas redes secundárias, com tensões inferiores, 
encontramos comumente as tensões de 115 V, 127 V, 220 V, 230 V e 
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35
380 V. Essas tensões variam de acordo com a região do Brasil e com a 
distribuidora local.
2.4 Tipos de redes de distribuição
As redes de média tensão possuem, frequentemente, alguns 
equipamentos auxiliares, como capacitorese reguladores de tensão, 
utilizados para minimizar e corrigir anomalias da rede prejudiciais à 
própria rede ou aos consumidores. As redes de distribuição podem ser 
divididas em quatro diferentes tipos:
• Rede de distribuição aérea convencional: é o tipo de rede 
elétrica mais encontrada no Brasil. Pode possuir condutores 
com isolamento ou sem isolamento. Chamamos estes últimos 
de condutores nus. Esses condutores são apoiados em cruzetas 
metálicas ou de madeira, presas aos postes. Devido à exposição ao 
tempo, essas redes possuem alto grau de ocorrência de defeitos, 
pois ventos fortes, galhos ou abalroamento de postes devido às 
batidas de veículos podem danificar a rede e ocasionar faltas de 
energia elétrica para os consumidores.
• Rede de distribuição aérea compacta: sua implantação teve início 
na década de 1990. Seus condutores possuem uma camada de 
isolação, sendo redes mais compactas, que são menos atingidas 
por perturbações, e mais protegidas, quando comparadas às redes 
convencionais.
• Rede de distribuição aérea isolada: esse tipo de rede possui alto 
grau de proteção, pois os condutores possuem uma isolação capaz 
de propiciar o trançamento dos cabos. Por ser uma rede mais cara, 
somente é utilizada em casos especiais.
• Rede de distribuição subterrânea: esse tipo de rede é a que 
proporciona melhor resultado estético e maior confiabilidade ao 
sistema. Devido aos seus condutores estarem enterrados, está 
36
menos exposta às variações do tempo e não gera poluição visual 
com a instalação de postes e cabos pelas ruas, pois os cabos estão 
todos enterrados.
Você reparou que não comentamos sobre as redes de iluminação 
pública? Essas são redes derivadas das redes de distribuição, e a 
responsabilidade sobre elas é da prefeitura local.
3. Ligação das redes de distribuição
3.1 Redes de distribuição trifásicas
A Figura 2 apresenta o esquema de ligação de uma rede de distribuição 
trifásica.
Figura 2 – Rede trifásica
Fonte: Barros, Borelli e Gedra (2018, p. 30).
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37
Veja que, na Figura 2, existe um transformador trifásico sendo 
sustentado por um poste. A rede primária que passa pelas cruzetas 
também é uma rede trifásica, e cada fase desse circuito é conectada no 
primário do transformador, sendo representado pelas buchas H1, H2 e 
H3 do transformador. Perceba que a saída do transformador também 
possui três fases, representadas pelas buchas X1, X2 e X3. A bucha X0 
representa o aterramento.
Esse tipo de rede, geralmente, é empregada para alimentar redes 
elétricas de edifícios, comércios e indústrias que possuem cargas de 
médio porte, como também para alimentar uma rede secundária de 
distribuição, em que existem vários consumidores instalados.
3.2 Redes de distribuição monofásicas
Existem vários tipos de configurações de redes monofásicas espalhados 
pelo país. Para a alimentação predominante de residências, geralmente, 
empregam-se transformadores monofásicos, cujos circuitos primários 
são interligados entre uma fase da rede primária e o terra. Esse 
transformador possui no secundário duas fases e um neutro, conforme 
apresentado pela Figura 3.
Figura 3 – Rede monofásica
Fonte: Barros, Borelli e Gedra (2018, p. 30).
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38
Na configuração da rede monofásica apresentada pela Figura 3, a tensão 
entre fases é o dobro da tensão entre fase e neutro no secundário do 
transformador. Por exemplo, se a tensão entre fase e neutro for 115 V, 
logo a tensão entre fases será 230 V.
Mas, se o consumidor possuir alguma carga trifásica instalada e 
necessitar de três fases para acionar essa carga e a distribuidora 
disponibilizar somente uma fase da rede primária, o que fazer? Nesse 
caso, você pode utilizar a combinação entre transformadores. Veja, nas 
Figuras 4 e 5, a combinação entre dois transformadores.
Figura 4 – Rede monofásica delta aberto
Fonte: Barros, Borelli e Gedra (2018, p. 32).
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39
Figura 5 – Esquema elétrico de uma rede monofásica delta aberto
Fonte: Barros, Borelli e Gedra (2018, p. 33).
Em ambas as figuras, veja que existe uma definição do que seria o 
transformador para os circuitos de iluminação e para circuitos de força. 
Na Figura 4, é apresentado um esquema físico da configuração de dois 
transformadores em um poste. A partir de uma fase da rede primária, o 
condutor sustentado pelo isolador da cruzeta é conectado nas buchas 
H1 de cada transformador. Isso fica mais claro observando a imagem à 
direita da Figura 5. Os terminais H2 dos transformadores são conectados 
ao terra.
Os terminais do lado secundário de cada transformador, como pode 
ser visto pela imagem à esquerda da Figura 5, possuem um esquema 
de conexão específico. Os terminais X1 e X3 de cada transformador 
são conectados, formando uma fase. O terminal X3 do transformador 
de luz constitui uma outra fase, e o terminal X1 do transformador de 
força constitui o terminal chamado de 4º fio, o que seria a terceira fase. 
Importante notar que o neutro é constituído a partir do terminal X2 do 
transformador de luz.
As tensões exemplificadas na Figura 5 trazem algumas peculiaridades 
desse tipo de ligação monofásica. Entre as fases, a tensão é o dobro 
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40
entre as tensões entre fase e neutro. Neste caso, enquanto entre fases 
temos 230 V, entre fase e neutro, temos 115 V. Mas, note que a tensão 
entre neutro e o quarto fio apresenta um valor de 200 V. Assim, se 
alguma carga monofásica for ligada ao 4º fio, pode sofrer avarias, caso 
a sua tensão seja inferior a 200 V. Portanto, o 4º fio deve ser utilizado 
somente para ligação de cargas trifásicas.
4. Operação e qualidade dos serviços de 
distribuição de energia elétrica
A operação de um sistema de distribuição de energia elétrica 
apresenta inúmeros benefícios ao cidadão quando operado de forma 
satisfatória, caso contrário, vários transtornos são enfrentados pelos 
consumidores. Do outro lado, a distribuidora depende da boa conduta 
dos consumidores para que não recaia em prejuízos. Uma dessas 
boas condutas é a não energização de casas ou estabelecimentos de 
forma clandestina, os famosos “gatos”. Isso traz consequências graves 
para as empresas de distribuição, que repassam para as tarifas partes 
dessas perdas não técnicas, além das perdas técnicas que ocorrem nos 
sistemas.
A qualidade dos serviços de distribuição é intrínseca à operação do 
sistema. Oferecer um serviço com qualidade é manter a operação do 
sistema de forma adequada, ofertando ao consumidor um produto 
de qualidade. Essa qualidade está relacionada à forma de onda 
senoidal que é disponibilizada ao consumidor para seu uso interno. 
Nesse sentido, existem alguns fenômenos que necessitam ser sempre 
mitigados pelas empresas, a fim de manter um índice satisfatório de 
qualidade, tais como: variação de frequência, variação de tensão de 
longa e curta duração, distorções harmônicas e desequilíbrios de tensão 
e corrente e flutuação de tensão. Veja que são fenômenos que podem 
interferir nos infinitos processos utilizados pelo consumidor, desde uma 
41
residência até grandes indústrias. A ANEEL é o órgão responsável por 
fiscalizar se cada distribuidora do país está fornecendo a energia de 
forma adequada e, caso não, existem algumas regras para que essas 
empresas façam a compensação financeira para os consumidores.
Nesta leitura digital, você estudou sobre os principais conceitos 
relacionados à distribuição de energia elétrica. Verificou que existem 
diferentes componentes que compõem uma rede de distribuição, 
assim como alguns tipos diferentes de constituição de uma rede. Ainda, 
estudou sobre as ligações que podem fazer parte da distribuição de 
energia elétrica, podendo alimentar diferentes consumidores. E, por 
fim, aprendeu que as distribuidoras possuemem sua operação alguns 
fenômenos de rede que devem ser mitigados, e que a qualidade do 
serviço é sempre fiscalizada pela ANEEL.
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE DISTRIBUIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA. O transporte 
da energia elétrica: distribuição. 2. ed. Brasília, DF: ABRADEE, 2019.
BARROS, B. F. de; BORELLI, R.; GEDRA, R. L. Geração, transmissão, distribuição e 
consumo de energia elétrica. São Paulo, SP: Érica, 2018.
NISKIER, J.; MACINTYRE, A. Instalações elétricas. 7. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2021.
OLIVEIRA, C. C. B. et al. Introdução aos sistemas de distribuição de energia 
elétrica. 2. ed. São Paulo, SP: Blucher, 2000.
42
Fundamentos básicos para 
projetos de sistemas de energia
Autoria: Leandro José Cesini da Silva
Leitura crítica: Karina Yamashita
Objetivos
• Apresentar conceitos para o projeto de geração 
hidroelétrica e térmica.
• Estudar o circuito equivalente de uma linha de 
transmissão de energia elétrica para elaboração de 
projetos.
• Apresentar os fatores típicos da carga para 
elaboração de projetos na distribuição de energia 
elétrica.
43
1. Introdução
Olá, estudante! Os empreendimentos em sistemas de energia (geração, 
transmissão e distribuição), geralmente, são de grandes proporções e 
de alta complexidade. Entender os principais fundamentos da teoria 
envolvida nesses projetos é o que você encontrará nessa leitura digital.
Na geração de energia elétrica, você estudará os principais conceitos 
envolvendo a geração termoelétrica e hidroelétrica. Ainda, encontrará 
informações sobre os fundamentos para os projetos relacionados à 
transmissão e à distribuição de energia elétrica.
2. Geração
2.1 Geração hidroelétrica
A geração hidroelétrica é a fonte mais utilizada para atender à demanda 
por energia elétrica no Brasil. Devido à extensão do país, existem usinas 
espalhadas por diferentes topologias e com desenhos construtivos 
distintos. Escolher o tipo de usina a ser projetado e implantado é um 
passo importante. Nesse sentido, podemos citar os seguintes tipos de 
usinas:
• Usinas de acumulação: utilizam as barragens de acumulação, 
em que se faz o uso do armazenamento de água, permitindo 
o uso constante de uma vazão média maior do que a vazão 
naturalmente oferecida pelo rio. Esse tipo de usina pode utilizar o 
desvio do rio ou não. A essa vazão média damos o nome de vazão 
regularizada.
• Usinas a fio d’água: não possuem reservatórios, utilizando-se 
somente da vazão primária do rio, sem regularização.
44
• Usinas reversíveis: a geração ocorre somente nos períodos de 
carga máxima. Nos outros períodos, a água utilizada é bombeada 
a um reservatório a montante para ser reutilizada posteriormente 
(BORGES NETO; CARVALHO, 2012).
Veja, portanto, que, dependendo das questões ambientais envolvidas, 
dos recursos tecnológicos disponíveis e dos desafios da topologia do 
leito do rio, pode-se escolher diferentes tipos de usinas. Essas questões 
também são levadas em consideração no momento da escolha dos tipos 
de barragens, podendo ser barragem a arco, barragem a gravidade ou 
barragem a arco-gravidade. Lembrando que usinas a fio d’água não 
possuem grandes reservatórios, portanto mitigam o impacto ao meio 
ambiente, porém os projetos necessitam levar em consideração uma 
possível ociosidade das máquinas, pois, em períodos de seca, a vazão 
do rio diminui, não havendo uma vazão regularizada. Outro ponto é 
sobre as usinas reversíveis, que passam a ser um grande consumidor de 
energia quando estão em processo de bombeamento da água utilizada. 
Ainda, é preciso lembrar que os projetos devem prever mitigação dos 
impactos socioambientais que um empreendimento de hidroeletricidade 
pode causar em uma comunidade.
A escolha do tipo de usina a ser utilizado também passa pela análise 
do fluxo de água que escoa pela seção do rio. Assim, faz-se necessário 
entender o comportamento da vazão de água em uma seção reta do 
rio ao longo do tempo. Aqui, introduzimos o conceito de fluviograma, 
que nada mais é do que a curva de vazões de um rio. Na Figura 1, 
apresentamos o fluviograma do rio Tietê entre os anos de 1953 e 1954.
45
Figura 1 – Fluviograma do rio Tietê
Fonte: Reis (2011, p. 96).
A curva de vazão do rio Tietê apresentada pela Figura 1 mostra um 
período crítico das vazões, quando o índice de ocorrência de chuvas foi 
baixo. Esse tipo de informação é muito importante de ser considerado 
em um projeto de hidroelétrica, pois, mesmo sendo de décadas 
atrás, o comportamento pode se repetir, como já aconteceu, e trazer 
transtornos.
Dentre outros parâmetros e definição de equipamentos de uma 
hidroelétrica, a escolha do tipo de turbina a ser utilizada deve ter 
a rotação por minuto e suas dimensões como requisitos a serem 
considerados. Assim, a depender da rotação, diferentes tipos de turbinas 
possuem diferentes rendimentos atrelados. O Quadro 1 apresenta as 
rotações em que diferentes tipos de turbina podem ser utilizados com 
eficiência satisfatória.
Quadro 1 - Tipo de turbina x rotação
Tipo de turbina Rotação
Turbinas Pelton < 90 rpm
Turbinas Francis Entre 60 e 450 rpm
Turbinas Kaplan > 400 rpm
Fonte: Borges Neto e Carvalho (2012, p. 46).
46
Assim, pelo Quadro 1, tem-se que as turbinas Pelton possuem maior 
eficiência em baixas rotações. O contrário acontece com as turbinas 
Kaplan, com maior rendimento em altas rotações.
2.2 Geração termoelétrica
O conceito das usinas termoelétricas é a utilização do calor para 
a geração de trabalho. Nesse sentido, a depender do ciclo motor 
escolhido, teremos diferentes tipos de usinas. O ciclo aberto 
corresponde ao ciclo em que o fluido termodinâmico utilizado possui 
uma composição diferente ou apresenta um estado distinto no final do 
processo, como exemplo estão as turbinas a gás de ciclo combinado. 
Já no ciclo fechado, o fluido termodinâmico retorna ao estado inicial no 
final do processo, como acontece em unidades motoras a vapor, que 
são usinas que geram vapor para geração exclusiva de eletricidade ou, 
através de extração, geram vapor para o processo também (REIS, 2011).
Dois conceitos são muito importantes para o entendimento de sistemas 
térmicos utilizados para a geração de eletricidade: entalpia e calor 
específico. A partir da primeira lei da termodinâmica, tem-se que a 
entalpia é dada por:
Sendo Q o calor líquido, U energia interna do sistema, o trabalho 
efetuado pelo sistema, a variação da energia interna, a pressão e 
V o volume do sistema. Como os elementos desta equação são todas 
propriedades termodinâmicas com as mesmas características, podemos 
reescrever entalpia como sendo:
A potência a ser gerada por um sistema térmico pode ser dada pela 
seguinte expressão:
47
Sendo P a potência em kW, m a massa do fluido em kg/seg, h1 a entalpia 
de entrada e h2 a entalpia de saída da máquina térmica. Na prática, o 
processo sofre perdas, e o conceito de rendimento se faz necessário. A 
Figura 2 apresenta o Diagrama de Mollier do vapor d’água.
Figura 2 – Diagrama de Mollier
Fonte: Reis (2011, p. 206).
Na Figura 2, é possível observar que o trecho 1 – 2 é a condição ideal de 
transformação. A condição real é dada pela transformação 1 – 2’. Assim, 
é possível definir o rendimento em termos de potência útil (Pu) e de 
potência disponível (Pd).
Outro aspecto importante de ser evidenciado em projetos de usinas 
termoelétricas é com relação ao seu impacto no meio ambiente. 
48
Esse tipo de usina emite grandes quantidades de gases de efeito 
estufa, devido à queima de combustíveis. Assim, ações de mitigação 
para redução desses poluentes na atmosfera devem ser inseridas na 
concepção dos projetos.
3. Transmissão
As diretrizes técnicas que orientam na elaboração de projetos de linhas 
de transmissão no Brasil de 38 kV até 800 kV são dadas pela NBR-5422, 
da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Além disso, o 
Operador Nacional do Sistema (ONS) possui o documento intitulado de 
Procedimentos de Rede, que, em seu módulo 2, trata da instalação de 
linhas de transmissãoe seus sistemas agregados.
Em um sistema de transmissão, as tensões e as correntes se comportam 
como ondas, e as análises matemáticas desses sistemas lançam mão 
da utilização de equações diferenciais, que geralmente são resolvidas 
no domínio da frequência. Os quatro parâmetros que compõem um 
condutor de uma linha de transmissão são: resistência (R), indutância (L), 
capacitância (C) e condutância (G). Esses parâmetros são uniformemente 
distribuídos ao longo do comprimento da linha, sendo que as grandezas 
R, L e C dependem do material de fabricação e das dimensões do 
condutor (PINTO, 2018).
Uma linha de transmissão com comprimento menor que 80 km é uma 
linha curta e possui uma representação conforme mostrado na Figura 3.
49
Figura 3 – Circuito equivalente de linhas curtas
Fonte: Pinto (2018, p. 72).
Note, na Figura 3, que a resistência (R) e reatância indutiva (XL) sempre 
estarão em série no circuito equivalente. A indutância e a capacitância 
em um circuito são geradas pela presença de campos magnéticos e 
elétricos em volta dos condutores.
A indutância é calculada pela relação entre o fluxo magnético (f) e a 
corrente que o produz e é dada em unidades de Henry/metro. Ela 
representa a capacidade que um condutor ou uma bobina possui de 
produzir força eletromotriz. A sua expressão é dada por:
Sendo a permeabilidade magnética do espaço livre, D o espaçamento 
igual entre os condutores e r o raio do condutor. Como na prática os três 
condutores estão espaçados de forma equidistante, a reatância indutiva 
pode ser escrita como:
Imagine uma linha de transmissão com extensão de 300 km. Você 
acredita que é possível manter a disposição entre os condutores 
simétrica durante todo o percurso? Na prática, isso não ocorre, devido às 
questões inerentes a esse tipo de projeto, que levam em consideração 
as questões de construção, relevos diversos etc. Se a distância entre os 
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condutores é desigual durante o percurso, logo a indutância também é 
diferente em cada fase, ocasionando quedas de tensão desequilibradas 
em cada condutor. Assim, em um projeto de linhas de transmissão, isso 
deve ser levado em consideração. Para ajustar este desbalanceamento 
entre fases, as posições dos condutores são alteradas em intervalos 
regulares ao longo da linha, e a isso damos o nome de transposição. A 
Figura 4 apresenta um exemplo de transposição.
Figura 4 – Esquema de transposição
Fonte: Pinto (2018, p. 75).
Veja que, na Figura 4, as fases em cada 1/3 de comprimento possuem 
um distanciamento distinto com relação às outras. No cálculo da 
indutância L, o espaçamento D utilizado passa agora a ser substituído 
pelo espaçamento Dc , dado pela seguinte expressão:
Sendo , e as distâncias entre os condutores a, b e c de cada 
comprimento em análise.
Os projetos de transmissão de energia elétrica também consideram 
importantes outros cálculos envolvendo os condutores, tais como: 
cálculo da flecha; altura mínima de um condutor ao solo; faixa de 
segurança no solo para a operação das linhas. A ação das intempéries 
pode influenciar na segurança das torres, por isso, é importante o 
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cálculo dos esforços sofridos pelas estruturas pela ação do vento em 
projetos de transmissão.
4. Distribuição
As cargas utilizadas pelos consumidores de energia elétrica possuem 
diferentes características que necessitam ser estudadas e agrupadas. 
Isso permite classificá-los em grupos específicos. Os critérios de 
classificação são importantes, pois ajudam, na elaboração de um 
projeto de distribuição, a determinar os hábitos de consumo, os 
instantes de máxima demanda do sistema e as possíveis implicações 
disso no equilíbrio do sistema. Sendo assim, podemos classificar 
os consumidores como: cargas residenciais; cargas comerciais de 
iluminação e de sistemas de ar condicionado dentro de lojas, prédios 
etc.; cargas industriais trifásicas, com predominância de motores 
elétricos; cargas rurais de irrigação e agroindústria; cargas dos poderes 
públicos; carga de iluminação pública. Na sequência, você estudará 
sobre os fatores típicos de carga. Além dos apresentados, existe também 
o fator de carga, o fator de demanda, o fator de utilização e o fator de 
perdas.
4.1 Fatores típicos da carga
A demanda é um fator típico da carga e é definida como sendo a carga 
nos terminais tomada em um valor médio dentro de um intervalo de 
tempo definido. A demanda é medida em termos de potência ativa, 
reativa ou aparente. A Figura 5 apresenta uma curva de demanda 
genérica.
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Figura 5 – Curva de demanda
Fonte: Kagan, Oliveira e Robba (2010, p. 24).
A Figura 5 simula a curva de demanda diária de algum consumidor. O 
intervalo de tempo escolhido para análise é de 24 horas, com demandas 
registradas a cada hora. Veja também que a área da curva, sendo a 
demanda dada em unidade de potência (W), representa a energia gasta 
por esse consumidor neste período de um dia.
A imagem ainda destaca a demanda máxima desse consumidor, entre 
20 e 25 W. Esse dado é também considerado um fator típico da carga, 
pois revela em qual momento do período em análise o consumidor 
ou o conjunto de consumidores, com suas cargas, apresenta a maior 
solicitação por potência da rede, devendo o projeto prever que, mesmo 
em um pequeno período, a demanda pode assumir valores elevados. 
É possível estudar também o comportamento da demanda através da 
curva de duração de carga, que exprime, em ordem decrescente de 
demanda, em um intervalo de tempo, um perfil para uma carga ou um 
conjunto delas.
Uma pergunta interessante de se fazer é se a demanda máxima de um 
conjunto de consumidores representa a soma da demanda máxima 
de cada consumidor. Aqui, nós podemos dizer que não. Isso porque 
existe, em um sistema de distribuição, uma diversidade muito grande 
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de consumidores. Essa diversidade da carga é considerada também um 
fator típico da carga. Assim, a demanda máxima em um determinado 
momento é a soma das demandas individuais de cada consumidor, 
porém não significa a demanda máxima do consumidor, pois cada 
unidade de consumo possui suas próprias características de operação 
(KAGAN; OLIVEIRA; ROBBA, 2010).
Para se definir e calcular a diversidade de carga de um consumidor, 
podemos utilizar o fator de diversidade, dado por:
Sendo o numerador a soma das demandas máximas individuais de cada 
consumidor i. O denominador é a soma da demanda máxima registrada 
de um conjunto de consumidores em um período. A quantidade de 
consumidores varia de 1 até n. Assim, o fator de diversidade assume 
valores maiores que um, indicando que a demanda máxima registrada 
em um intervalo de tempo é menor que a soma das demandas máximas 
individuais. E assume o valor unitário quando a demanda registrada pelo 
conjunto de consumidores for igual à soma das demandas máximas 
individuais. O inverso do fator de diversidade é o fator de coincidência, 
ou seja:
Neste caso, o fator de coincidência é sempre menor que a unidade, 
pois, no denominador, encontra-se a soma das demandas máximas 
individuais, assim esse se torna o valor máximo da demanda que pode 
ser registrado pelo conjunto de consumidores em um determinado 
intervalo de tempo.
Nesta leitura digital, você estudou sobre os principais fundamentos 
para elaboração de projetos em sistemas de energia. Existem diversos 
parâmetros que precisam ser considerados em um empreendimento 
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de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica para que o 
projeto possa ser bem-sucedido.
Referências
BORGES NETO, M. R.; CARVALHO, P. C. M. Geração de energia elétrica: 
fundamentos. São Paulo, SP: Érica, 2012.
KAGAN, N.; OLIVEIRA, C. C. B.; ROBBA, E. J. Introdução aos sistemas de 
distribuição de energia elétrica. São Paulo, SP: Blucher, 2010.
PINTO, M. de O. Energia elétrica: geração transmissão e sistemas interligados. Rio 
de Janeiro, RJ: LTC, 2018.
REIS, L. B. dos. Geração de energia elétrica. 2. ed. Barueri, SP: Manole, 2011.
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	Sumário
	Apresentação da disciplina
	Geração de energia elétricaObjetivos
	1. Introdução 
	2. Geração de energia elétrica 
	Referências 
	Transmissão de energia elétrica 
	Objetivos 
	1. Introdução 
	2. Classificação das linhas de transmissão 
	3. Principais componentes de uma linha de transmissão 
	4. Escolha da tensão 
	5. Regulação do setor de transmissão de energia elétrica
	Referências 
	Distribuição de energia elétrica
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. A rede de distribuição de energia elétrica 
	3. Ligação das redes de distribuição 
	4. Operação e qualidade dos serviços de distribuição de energia elétrica
	Referências 
	Fundamentos básicos para projetos de sistemas de energia
	Objetivos 
	1. Introdução 
	2. Geração 
	3. Transmissão 
	4. Distribuição 
	Referências