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Aplicação de redes inteligentes nas instalações elétricas residenciais

1. Distribui o da corrente no espectro de frequ ncias CC 60Hz 120Hz 180Hz 240Hz 300Hz 360Hz 420Hz 480Hz 224mA 353mA 15ImA 30mA 13mA mA Fonte Autoria pr pria Se o valor da pot ncia ativa n o afetado significativamente o valor do fator de pot ncia por outro lado tal que significaria n o cobrar multa pelo valor indicado pelo padr o Isso indica que talvez haja algum problema no algoritmo que calcula a pot ncia reativa e aparente Por exemplo segundo a resolu o n 456 da ANEEL o fator de pot ncia definido como a raz o entre a energia el trica ativa e a raiz quadrada da soma dos quadrados das energias el trica ativa e reativa consumidas num mesmo per odo especificado de uma hora Supondo que a express o utilizada no algoritmo do padr o est embasada nessa premissa poss vel deduzir uma express o para o c lculo do fator de pot ncia FP a partir da pot ncia ativa P e da reativa Q P VP O 5 25 Utilizando os dados do padr o para pot ncia ativa 35W e reativa 14V Ar se obt m o FP fator de pot ncia igual a 0 92 O valor da pot ncia reativa o que est substancialmente diferente do calculado teoricamente Por outro lado o fabricante do equipamento n o especifica em seu manual os m todos de c lculo o que dificulta a avalia o t cnica mais apurada 122 Por outro lado falta da componente cont nua n o afeta o c lculo da distor o harm nica total conforme se obs
2. Associando esses dispositivos aos rel s poss vel obter um Controlador L gico Program vel CLP cuja opera o se baseia no conjunto de instru es armazenadas na mem ria O CLP tem a capacidade de emular o comportamento de v rios rel s associados de modo a criar o efeito de um circuito de comando el trico completo Isso feito atrav s da associa o de blocos l gicos que simulam o comportamento dos v rios rel s A forma de programar esses elementos evoluiu junto com as linguagens de programa o Existe desde CLP program vel atrav s de linguagem literal e aquele program vel por meio de diagrama de blocos alguns modelos s o programados atrav s de uma conex o com um computador e outros por meio de um painel pr prio Um circuito equivalente ao da Figura 3 3 utilizando um CLP pode ser visto na Figura 3 4 61 l mpadas Figura 3 4 Comando com CLP para acionamento de l mpadas a partir de diversos pontos Fonte Autoria pr pria O funcionamento do circuito similar ao anterior por m neste caso um pulso liga as l mpadas e outro pulso apaga O comando inserido no CLP atrav s de seu painel frontal composto pelo s mbolo designado para acionador por pulso conforme ilustra a Figura 3 5 Switch t4 JuL e Ei Lights Figura 3 4 Instru o para opera o do CLP Fonte Autoria pr pria A linguagem gr fica permite a programa o do CLP atrav s de esquemas simples que podem ser re
3. es fixas O principal fundamento em favor desse sistema a flexibilidade para lidar com o fluxo de pot ncia no transporte de energia a grandes dist ncias A pot ncia el trica transmitida pela linha definida grosso modo pelo produto do valor da tens o pelo valor da corrente A perda el trica por condu o proporcional ao quadrado do valor da corrente el trica multiplicada pelo valor da resist ncia dos condutores Dessa forma considerando que os geradores s o limitados pela tens o de isola o o transporte energia com altos valores de corrente e a grandes dist ncias invi vel pois as dimens es f sicas dos condutores seriam impratic veis al m das perdas serem muito grandes Para solucionar esse problema utilizado um equipamento denominado transformador que possibilita condicionar a energia de modo a ajustar o n vel da corrente a um patamar que pode ser praticado Essa opera o envolve a eleva o do n vel de tens o proporcionalmente de modo que no ponto da entrega a energia deve ser novamente condicionada para valores utiliz veis Como os transformadores somente operam com corrente alternada houve uma prefer ncia por esse sistema devido prolifera o de grandes centrais geradoras longe dos centros de consumo principalmente no caso das usinas hidrel tricas A corrente alternada se consolidou como meio de transporte da energia el trica e equipamentos e circuitos foram desenvolvidos para operar nesse tipo
4. o ou disparo falso 55 Se o fus vel adequado conectado em s rie com cada diodo retificador e cada tiristor usado nos bra os principais da ponte os componentes ser o protegidos adequadamente Atualmente os fus veis dispon veis para operar com tens o cont nua e alta corrente s o elementos altamente especializados sendo adquiridos em lotes de fabricantes espec ficos e o custo associado aos testes elevado nesses casos Isso poderia representar uma barreira para a dissemina o da corrente cont nua nas instala es por m o problema pode ser atenuado pela distribui o de circuitos e estrat gia de opera o que evite ao m ximo a atua o da prote o do circuito principal que cont m o conversor O objetivo nesta estrat gia privilegiar a atua o no circuito terminal e por isso a coordena o da prote o deve ser bem avaliada Como se projeta que os circuitos terminais que s o alimentados por unidades de sa da constitu das de conversores CC CC para condicionar adequadamente a tens o do barramento principal para ser usada nos utens lios dom sticos poss vel juntar a essas unidades circuitos de prote o mais r pidos e eficazes Os conversores poderiam ter seus par metros de atua o ajustados em fun o dos alimentadores para assegurar a prote o Exemplo disso o controlador de n vel de luminosidade moderno que monitora a carga na sa da e em caso de sobrecarga corta a alimenta o do circuito po
5. Nesse sentido os fabricantes de equipamentos voltados automa o dom stica desenvolvem seus produtos para um p blico mais sofisticado e por isso a complexidade dos sistemas pode limitar a sua penetra o entre os consumidores mais conservadores Ainda hoje os dispositivos para automa o residencial n o s o difundidos na diversidade das suas possibilidades Tipicamente se encontram os sensores de luz os rel s de tempo b ias autom ticas as minuterias rel s de proximidade etc que fazem parte de um rol de aplica es cl ssicas Os dispositivos que tem possibilidade de operar numa rede informatizada de controle e que tem possibilidades maiores do que o cl ssico n o t o difundido A compatibilidade entre os produtos oferecidos pelos diversos fabricantes tamb m pode ser um motivo para preocupa o por parte dos usu rios Associado a automa o existem os meios para armazenar energia que em um sentido mais amplo se pode considerar todos os servi os prestados pela eletricidade no gerenciamento dos sistemas energ ticos O exemplo da opera o de reservat rios de gua ilustra um meio de se deslocar a demanda envolvendo a automa o do processo pois se pode armazenar gua mais intensivamente nos hor rios mais favor veis ao consumo de energia Nos hor rios de pico de demanda da energia el trica se pode evitar o uso das bombas Al m disso esse cen rio pode tornar atraente o emprego de fontes alternativas de energi
6. No caso dos medidores eletromec nicos que a tecnologia de refer ncia foi observado o seguinte comportamento Nas condi es normalizadas os medidores apresentaram desempenho satisfat rio como esperado Quando submetidos tens o praticamente senoidal e corrente distorcida os medidores eletromec nicos apresentam erro satisfat rio Desde que a harm nica fundamental de corrente tivesse uma pequena defasagem Caso essa defasagem fosse substancial da ordem de 60 por exemplo o erro supera o limite de exatid o desse medidor que da ordem de 2 Quando a distor o afeta as ondas de corrente e tens o o erro do medidor elevado superando o admiss vel segundo sua classe de exatid o Com isso se espera que o medidor eletromec nico consiga medir a energia ativa de modo aceit vel desde que a tens o da rede n o seja deturpada e mesmo que a corrente drenada pela carga seja distorcida respeitando a condi o de pequena defasagem da harm nica fundamental Esse tipo de condi o o usual nas instala es el tricas atuais sendo justificada pelo fato desses medidores n o serem considerados como inadequados pelas concession rias a ponto de exigir sua substitui o imediata Ou seja esses medidores de modo geral s o aceit veis para medir energia ativa mesmo no cen rio atual com cargas n o lineares Os medidores eletr nicos precisam no m nimo igualar esse desempenho para poder desafiar a supremacia dos medidores instal
7. Tr s circuitos da esquerda para a direita dois lineares o primeiro praticamente resistivo o segundo substancialmente indutivo o terceiro n o linear Fonte autoria pr pria A tabela 4 1 mostra os resultados obtidos nas simula es Tabela 4 1 Resultados das simula es Circuito Perda Pot ncia ativa Resist ncia Indut ncia Resist ncia Fator de estimada til W de carga mH de perdas pot ncia na linha til ohm na linha W ohm Resistivo 0 976 97 61 100 11000100 Indutivo 2 013 98 30 50 133 1 0 7 N o linear 1 884 94 95 50 0 1 0 7 Fonte Autoria pr pria Tais resultados s o compat veis com a descri o te rica desses circuitos e aponta um comportamento similar entre o circuito indutivo linear e o circuito n o linear com diodo do ponto de vista da perda na linha que aproximadamente o dobro do circuito resistivo de refer ncia Observa se tamb m que para produzir o mesmo trabalho til que no circuito resistivo necess rio diminuir o valor da resist ncia de carga til e por isso aumentar a corrente Com isso a perda na linha aumenta na propor o inversa ao fator de pot ncia e ajuda a compreender o motivo para cobran a de multas O valor dessas multas n o est vinculado diretamente perda de energia pois o valor desta varia grosso modo com a resist ncia da linha que em ltima inst ncia depende da a qualidade dos materiais utilizados Nas simula es se o valor da resist ncia consider
8. YEW O circuito multiplicador Time Division Multiplier ilustrado na figura 5 7 baseado no conceito que a rea de um pulso el trico igual ao produto de sua dura o base pela amplitude altura Um circuito comparador compara a sa da de tens o e do integrador soma do sinal de entrada Ex com a tens o padronizada E integrada com uma onda dente de serra de 200kHz aproximadamente no modelo 2885 60kHz no modelo 2503 100kHz no modelo 2504 Isto controla a propor o da abertura para o fechamento da chave S de tal forma que a soma do valor do sinal de entrada Ex e o valor m dio da componente unidirecional para uma onda quadrada de amplitude E a qual determinada pela chave Si zero Conseqiientemente se o tempo durante o qual a chave S est conectada a E expresso por T e quando ligada a E T2 a f rmula seguinte determina um sinal de controle da chave cuja largura de pulso exatamente proporcional entrada E produzida Ex Es T T2 0 R R2 Ti T 2 5 5 O outro sinal de entrada Ey comutado pela chave S2 intertravada com Si dando uma sa da m dia T T2 Eou E T T2 5 6 Desse modo a forma de onda da sa da tem largura de pulso proporcional ao sinal de entrada Ex e altura proporcional ao sinal de entrada Ey Se T T2 T T2 for eliminada das equa es 5 5 e 5 6 por meio da substitui o 111 R2 Ex Ey Eou sei A Ri Es 5 7 C
9. interessante para o estudo pois al m de representar um importante grupo de consumidores de energia aproximadamente 24 do total segundo dados do Balan o Energ tico Nacional BEN de 2011 tamb m h menor difus o das aplica es pr ticas para sistema de gerenciamento autom tico de energia no setor E energ tico E residencial O comercial O p blico E agropecu rio EB transportes E industrial 5 44 Figura 6 1 Participa o no consumo de energia el trica por setor Fonte Autoria pr pria com dados extra dos do BEN 2011 135 O pr requisito fundamental para as aplica es residenciais que o sistema seja simples para operar mas ainda deve ser capaz de trabalhar a partir de conceitos t cnicos mais complexos Al m disso o amplo aproveitamento de toda energia captada pelas edifica es envolve o gerenciamento integrado de recursos Pain is solares geradores distribu dos aproveitamento de rejeitos t rmicos de outros processos exigem maior flexibilidade dos meios de transporte armazenamento e controle integrado desses recursos Nesse sentido a aplica o de sistemas desenvolvida para as aplica es de automa o industrial do tipo SCADA pode ser interessante desde que se respeite o limite t cnico e econ mico envolvido 6 2 Aplica es residenciais A aplica o de dispositivos autom ticos em resid ncias para prover conforto e funcionalidade uma real
10. o do custo q Al m desta se prop e possibilidade da modalidade branca mon mia com tr s tipos de pre os de consumo de energia em R kWh de acordo com os postos tarif rios Essa modalidade depende do grau de desenvolvimento da infra estrutura de medi o O objetivo apresentado pela ANEEL dispor de uma variedade maior de modalidades tarif rias com a finalidade de obter os efeitos positivos sobre o uso de um sistema regulado pelo deslocamento temporal do consumo 18 A tarifa hor ria varia em fun o do per odo do dia relacionado demanda de energia O artigo 123 define os postos tarif rios denominados de posto de ponta intermedi rio e fora de ponta O posto de ponta ser aplicado conforme o disposto na Resolu o Normativa n 21 414 de 9 de setembro de 2010 que estabelece as Condi es Gerais de Fornecimento de Energia El trica de forma atualizada e consolidada in verbis 18 hor rio de ponta Hp per odo composto por 3 tr s horas di rias consecutivas definidas pela distribuidora considerando a curva de carga de seu sistema el trico aprovado pela ANEEL para toda a rea de concess o com exce o feita aos s bados domingos ter a feira de carnaval sexta feira da Paix o Corpus Christi e os seguintes feriados O hor rio intermedi rio H ser definido como o per odo de 2 duas horas sendo 1 uma hora imediatamente anterior ao hor rio de ponta e 1 uma hora imediatamente po
11. 5 1 2 0 medidor letr nicO avarani n ie i a E RRR E EEEE RTR 104 5 1 2 1 O circuito multiplicador Feedback Time Division Multiplier System eeeeeeeeeereeereeeereeee 106 5 2 A medi o deen rfia esista n a a E Ei EEE EA A S AE EERE 112 5 2 1 O medidor eletromec nico por indu o eseseeeseessessressrssissrtrsrereressterestesesteststesesrereererereeres 112 5 2 2 Os medidores inteligentes smart meters ssseeseeseesesereseesreeresereresstsretesrstertstertstestsrertsrereerres 122 5 2 3 Avalia o do cen rio com medidores de indu o eletr nicos e medi o do fator de pot ncia 128 6 APLICA O DOS NOVOS RECURSOS DA MEDI O E DO CONTROLE NA 132 AUTOMA O DAS INSTALA ES RESIDENCIAIS 6 1 Evolu o do gerenciamento computadorizado de energia rrenan 133 6 2 Aplica es r sidenciais 5 12 5 20222 h2220 12530505 ssnsided oes ea Sonho Soda AaS ARSENE EEE EE KENKERE RRs 135 6 3 Meios para gerenciamento integrado de reCursos eeseseeseeesesesteereseretertsttsteststertstertsrertereresreees 137 6 3 1 Sistemas de baterl s riaren A ans a ense oe teso EE EEE area EE ENEE A E NE ENERE e 138 6 3 2 Instala es e equipamentos el tricos em corrente cont nua e eeeeseseeeeesreeeeeresresrreseserrsrerrereees 141 6 3 2 1 A configura o da rede CC sgpns raso issss a a a Tine Zap aE es as aeradenn 142 6 3 2 2 Os equipamentos e sua intera o com a rede erre r
12. Esse tipo de an lise envolve as vari veis relacionadas ao ambiente da instala o e sua demanda e apresenta um comportamento din mico em fun o do tempo com varia es sazonais durante o ano A possibilidade de armazenar energia e fontes externas que possam influenciar a instala o el trica tamb m deve ser levada em conta Em fun o dessas vari veis poss vel elaborar algoritmos para controle coordenado das cargas estabelecendo prioridades em fun o do hor rio de modo a garantir a distribui o uniforme das mesmas Uma instala o que possa incorporar automaticamente as vari veis ambientais e da demanda tem a capacidade de se adaptar a essas mudan as obtendo desempenho melhor em qualquer poca do ano Isso reafirma o benef cio da automa o e da medi o como base para obter um sistema inteligente para as instala es el tricas residenciais e assim obter um desempenho timo Para isso preciso interpretar os dados obtidos e assim estabelecer as a es pertinentes Um exemplo disso pode ser a an lise e corre o do fator de pot ncia Essa an lise se baseia nos padr es de comportamento contidos nos gr ficos e serve para diagnosticar problemas numa instala o do ponto de vista da demanda revelando a inefici ncia no aproveitamento energ tico do sistema Conforme se pode observar na Figura 5 11 tanto a pot ncia ativa como o fator de pot ncia variou durante o per odo de medi o apresentando um padr o
13. O sinal da sa da corresponde ao produto dos sinais da entrada dividido por 12 que corresponde ao fator K respeitando a express o Vou XY K O valor m dio corresponde a aproximadamente 320 mV muito pr ximo dos 333 mV te ricos e o circuito responde adequadamente quando as sen ides envolvidas est o defasadas O sinal da sa da do integrador triangular de frequ ncia muito superior ao sinal da sa da Vou cuja frequ ncia corresponde a duas vezes a frequ ncia dos sinais de entrada neste ltimo caso 120 Hz Nesta etapa de sa da o sinal obtido corresponde uma representa o anal gica da curva de pot ncia instant nea Para o instrumento pesquisado existe uma etapa de convers o de anal gico para digital que utiliza um m todo denominado Feedback Pulse Width Modulating Counting N o obstante se utilizarmos um instrumento com capacidade de medir valor m dio o que bastante comum podemos obter dessa leitura o valor da pot ncia ativa 5 2 A medi o de energia A medida da pot ncia el trica indica a taxa de consumo de energia com rela o ao tempo sendo um par metro de controle importante na opera o el trica do sistema de pot ncia Entretanto no aspecto do custo de fornecimento do insumo o par metro mais importante o consumo de energia Os instrumentos que medem o consumo devem operar pelos mesmos princ pios dos watt metros posto que o c lculo da energia fun o da pot ncia ativa e do per odo d
14. e ao comprimento 1 do m como expresso pela equa o 5 10 A indu o magn tica diretamente proporcional ao fluxo do m permanente e inversamente proporcional rea do im paralela superf cie do disco indicada na equa o 5 11 O disco gira com velocidade perif rica proporcional dist ncia R do eixo de rota o de acordo com a equa o 5 12 A partir da combina o desses elementos resulta a equa o 5 13 28 A for a eletromotriz ea provoca no disco uma corrente ia inversamente proporcional resistividade do alum nio de que feito do disco indicado nas equa es 5 14 a 5 16 A for a de intera o entre a corrente induzida e o fluxo do m produz um momento de travagem proporcional dist ncia do m ao eixo de rota o As rela es entre esses elementos fiscos podem ser deduzidas matematicamente por ea B l v 5 10 S 5 11 2 m R n VS e 60 5 12 115 DT AQHIEREN 60 5S 5 13 e gde per a ue Ra Seg par a 514a 5 16 2 0 0 I R n Sa ld 60 S par leq 5 17 F B ia l 5 18 Mr R F Mrr R B ia l kh kjk rat Q ia l S 5 19 a 5 21 2 m 0 1 R n Seg MTR i 60 S par leq 5 22 tm kh k k 2 aa da R Seq 60 S par leq 5 23 Mrr Krr n 5 24 Na condi o de equil brio o momento de rota o igual ao momento de travagem de modo que o disco gira com velocidade constante proporcional pot ncia da carga Um m
15. es t cnicas concorrem com as press es econ micas para definir o cen rio presente e futuro das redes e instala es el tricas 102 5 1 A medi o de pot ncia 5 1 1 O medidor eletromec nico Trata se de uma tecnologia cl ssica por m precisa na determina o da pot ncia ativa que funciona pelo deslocamento produzido pela intera o de fluxos magn ticos produzidos por bobinas influenciadas pelo circuito de medi o Nas instala es de corrente cont nua constante geralmente n o se utilizam os watt metros pois a pot ncia pode ser determinada facilmente pelas indica es de um volt metro e de um amper metro pois nesses casos o valor corresponde ao produto dessas duas grandezas conforme exposto no cap tulo 4 Isso simplifica a aplica o de conversores de sinais anal gicos para digital e micro controladores de modo que os medidores produzidos para essa finalidade s o mais simples Por outro lado nas instala es de corrente alternada o watt metro indispens vel pois a pot ncia ativa depende al m da tens o e da corrente tamb m da defasagem entre elas Na qualidade de aparelhos de laborat rio e port teis se utilizam os watt metros eletrodin micos 28 Estes aparelhos t m basicamente dois circuitos de medi o o circuito de corrente que se liga em s rie com a carga da mesma forma que um amper metro e o circuito de tens o ligado em paralelo com a mesma Dentro do watt metro existe a bobi
16. limitado em sua capacidade aos recursos dispon veis para gera o transmiss o e distribui o de energia Grosso modo esse limite definido pela pot ncia m xima do sistema Essa pot ncia m xima pode ser alcan ada em determinados per odos do dia denominados hor rios de ponta e em boa parte do tempo o sistema sub aproveitado Havendo a possibilidade de controle da demanda seria poss vel empregar essa capacidade ociosa pela transfer ncia de cargas para hor rios mais favor veis Para isso necess rio haver a a o coordenada dos muitos consumidores para obter o resultado operacional desejado A coordena o seria ent o obtida atrav s das chamadas redes inteligentes que agregam fun es e automa o com v rios n veis de complexidade e constituem um sistema muito amplo que une a gera o ao consumo A diferen a percept vel pelo consumidor residencial est no fato deste ser inclu do na opera o dessa rede praticamente em tempo real ou seja espera se sua participa o mais efetiva no sistema el trico Um dos meios projetados para obter esse efeito atrav s de incentivos tarif rios onde a varia o do custo da energia motivaria o consumidor a mudar seus h bitos de consumo Para participar desse sistema o consumidor residencial precisa adaptar suas instala es para operar de modo mais eficiente obtendo o m ximo de energia com o menor custo N o sempre que a mudan a de h bitos est no poder do consumidor d
17. nua pulsante e corresponde ao valor eficaz da primeira harm nica R a resist ncia percorrida pela corrente cont nua pulsante Substituindo as pot ncias e simplificando R Inc_eficaz R IDC_ m dia R lae Toc eficaz Jioc m dia lac 4 73 O valor da componente cont nua calculado para um circuito deste tipo 86 Vac eficaen 2 100 2 0 9A TR m 50 4 74 IDC _ m dio O valor eficaz da corrente retificada EEN Uac eficaz RE a 100 J2 z 1 41A 2 R 2 50 4 75 Lc eficaz Joc eficaz O valor eficaz da componente alternada da corrente retificada somat rio das harm nicas Lic Jioc eficaz IDC m dio 41 4 0 9 1 09 A 4 76 A pot ncia aparente calculada pelo produto do valor eficaz da tens o da fonte pelo valor eficaz da corrente S U Ic eica 100 1 41 141VA 4 77 O valor da pot ncia ativa calculado pelo produto da resist ncia pelo valor eficaz da corrente elevado ao quadrado P R Inc_efca R Iac_ ofica 50 1 41 99 4W 4 78 Esta pot ncia pode ser divida nas componentes cont nua e alternada ondula es v lido somente na sa da do retificador pois em sua entrada somente existe a componente fundamental da tens o O valor da pot ncia oriunda da componente cont nua calculado pelo produto da resist ncia pelo valor m dio da corrente elevado ao quadrado Ppc R Ipc m dia R
18. o utilizado nas medidas O padr o formado por um medidor eletr nico do tipo encontrado em painel cuja entrada de tens o foi conectada em paralelo carga medida e 120 a entrada de corrente foi ligada ao secund rio de um transformador somente para efeito de isola o O transformador de corrente utilizado opera atrav s da indu o a partir de um circuito prim rio para um circuito secund rio atrav s da varia o do fluxo magn tico produzido pelo primeiro Dessa forma se a grandeza que produz o fluxo uma corrente cont nua n o haver transfer ncia de sinal de modo que haver uma perda de informa o se houver uma componente desse tipo envolvida A forma de onda de corrente obtida de um circuito retificador de meia onda possui essa componente cont nua Nem todos os dados obtidos nesta medi o foram perdidos e atrav s de algumas considera es c lculos e an lises poss vel extrair conclus es interessantes O primeiro circuito formado pela l mpada incandescente o elemento comum dos ensaios 1 e 2 Atrav s do c lculo do valor de sua resist ncia temos um valor para ser usado como base al m disso sabemos o valor da tens o da fonte e o tipo de circuito de modo que utilizando as express es encontradas no cap tulo 4 se pode calcular os valores da ltima coluna da tabela 5 2 Embora tenha havido um problema inicial ainda se pode extrair informa es valiosas dos dados obtidos A primeira e mais simples
19. o de eletricidade O clima no Brasil geralmente n o favorece esta op o nas instala es residenciais pois a necessidade de aquecer ambiente para prover conforto t rmico menor Nas instala es hidr ulicas prediais o trabalho executado para completar o n vel da caixa de gua pode auxiliar no gerenciamento da energia Ao se armazenar gua em caixa elevada acumulada energia potencial gravitacional que ser utilizada para movimentar esse fluido na rede hidr ulica 172 Para bombear a gua para a caixa se pode utilizar a energia el trica da rede ou fornecida por pain is solares Durante o dia quando operam os pain is solares poss vel acumular gua suficiente para atender a demanda e dessa forma se armazenaria energia de modo eficiente liberando o sistema para atender outras cargas Dessa forma se conclui que a aplica o da automa o nas redes el tricas residenciais visa integrar os recursos dispon veis sejam hidr ulicos t rmicos ilumina o e outros de modo a prover os servi os energ ticos de modo eficiente Na constru o f sica dos sistemas alguns elementos podem ser adquiridos da experi ncia na automa o de plantas industriais onde os sistemas e comandos el tricos s o utilizados para controlar processos f sicos diversos O princ pio b sico a ser perseguido a busca pelo ganho energ tico dos processos de modo que a automa o n o deve representar um nus excessivo ou um fim por si
20. o e controle de maneira similar s vari veis f sicas tradicionalmente utilizadas Os passos para elabora o n o devem diferir muito dos quatro citados anteriormente O segundo passo o que introduz a pesquisa no sistema pois ao expressar os fatos f sicos na forma 43 matem tica se deve examinar as teorias em busca de express es matem ticas que permitem calcular as rela es entre as vari veis de interesse Nesse aspecto devido aos meios para aquisi o de informa es dispon veis atualmente a din mica e volume do processo adquiriram propor es massivas N o obstante desde que os princ pios sejam mantidos haver a possibilidade de evolu o real dos sistemas integrados o que inclui a chamada rede inteligente e suas conseqii ncias 44 3 AUTOMA O DAS INSTALA ES EL TRICAS E SUA RELA O COM A REDE INTELIGENTE SMART GRID A energia el trica recebida pelo consumidor est sujeita s restri es legais e t cnicas de um sistema que j est bem sedimentado no modelo atual Entretanto com a evolu o projetada para as redes el tricas haver mudan as fundamentais na forma de itera o entre as concession rias e os consumidores definida pela estrutura das redes futuras Espera se que em um futuro pr ximo o consumidor seja envolvido na cadeia de controle pela chamada rede inteligente que tem a capacidade de trocar informa es e energia de modo bi direcional A rede inteligente teria ent o a capaci
21. que ao medir valores relativamente baixos de pot ncia com correntes baixas os instrumentos operam em uma faixa mito desfavor vel no in cio da escala e por isso erros mais elevados n o s o totalmente estranhos A segunda informa o que a pot ncia ativa embora diferente do valor calculado n o t o incoerente com o que se pode esperar de uma avalia o aproximada por c lculo e como o valor do medidor de indu o pr ximo do padr o se deduz que apresentam comportamento similar no ensaio 2 razo vel propor que se aceite a pot ncia ativa medida nesse ensaio com base na premissa de que esse valor influenciado pelo produto da harm nica fundamental pela tens o desde que esta ltima n o se deforme conforme estabelecido no cap tulo 4 A distor o harm nica total apurada para essa onda 2 4 o que assegura uma boa aproxima o Como a perda de informa o ou de sinal corresponde a componente cont nua que em princ pio n o participa do c lculo da pot ncia ativa o problema no m nimo atenuado Essa perda de sinal provoca um deslocamento do sinal percebido pelo medidor conforme se observa na figura a seguir 121 Zero Deslocamento Figura 5 10 Sinal estimado para a sa da do transformador de corrente Fonte Autoria pr pria Decompondo o sinal o sinal de corrente original obtemos os seguintes valores distribu dos no espectro de fregii ncias segundo a tabela 5 3 Tabela 5 3
22. ticos das bobinas Para obter esse efeito o n mero de espiras das bobinas de tens o e corrente configurado como se segue O enrolamento de uma das bobinas do medidor tem muitas espiras e por isso tem uma grande indut ncia Esse enrolamento acoplado da mesma forma que um volt metro e fica submetido tens o aplicada na carga O outro enrolamento tem um n mero pequeno de espiras e baixa indut ncia Esse enrolamento est ligado no circuito em s rie da mesma forma que um amper metro sendo seu fluxo proporcional corrente na carga Devido s diferentes indut ncias entre as bobinas de corrente e de tens o os fluxos produzidos s o defasados de aproximadamente 90 graus o que cria uma configura o bif sica Por isso somente quando a carga a ser medida resistiva ou seja n o h defasagem entre a corrente e a tens o que se aproveita essa configura o para produzir o maior momento Os fluxos alternos induzem no disco corrente cuja intera o com o campo girante das bobinas cria o momento de rota o Mror Dessa forma um fluxo magn tico do medidor proporcional tens o U e outro a corrente Z e o momento de rota o Mror resultante que surge devido influ ncia desses dois fluxos proporcional pot ncia da corrente alternada Al m disso como o campo girante produzido depende do ngulo de fase dos fluxos nas bobinas o fator de pot ncia influencia na rota o Quando o fator de pot ncia da car
23. 0 5 A indut ncia medida para esse reator foi 1 7H atrav s dos seguintes dados tens o aplicada no reator 106 2V corrente 0 171A pot ncia ativa IW pot ncia reativa 18VAr Esse reator foi ligado em s rie com um capacitor calculado para que a freq ncia de resson ncia do conjunto fosse 180Hz O valor calculado foi 459nF o valor utilizado foi 470nF conforme ilustra a Figura 4 13 Figura 4 13 Reator utilizado na corre o do fator de pot ncia de uma LFC Fonte Autoria pr pria 99 A LFC foi ligada em paralelo com o capacitor para se obter os seguintes valores exibidos na Tabela 4 6 Tabela 4 6 LFC com filtro formado por reator convencional Pot ncia 15W Tens o de alimenta o 128 3V Corrente 122mA FDP 0 96 ind THDI 18 2 THDU 1 5 Fonte Autoria pr pria A Figura 4 14 a seguir ilustra a mudan a na forma de onda da corrente sem o filtro e com o filtro MPos 000us 17 MPos 000us 7 ceia e P to Bit Map 4 Bit Map Math Off BCH 4 000my chi ER Math Off ECHI 4 000my Figura 4 14 Formas de onda da corrente Fonte Autoria pr pria A forma de onda da esquerda est na configura o sem filtro a da direita com filtro Como a escala dos gr ficos 500mA divis o no gr fico da esquerda e 100mA divis o para o da direita na verdade o valor da corrente menor neste ltimo A escala de tempo 5ms divis o Conforme se pode observar sem o filtro a corrente apres
24. 40 41 42 182 Doutorado em Engenharia El trica Universidade Federal de Santa Catarina Florian polis 2000 EDMINISTER J A Circuitos el tricos Aparecida McGraw Hill 1971 p 347 348 ANEEL AG NCIA NACIONAL DE ENERGIA EL TRICA Resolu o n 414 de 9 de setembro de 2010 Dispon vel em lt http www aneel gov br cedoc ren2010414 pdf gt Acesso em 31 jan 2012 YOKOGAWA Yokogawa measuring instruments Japan 1990 p 195 212 YOKOGAWA Yokogawa measuring instruments Japan 1999 p 282 311 FUCHS A GAFINI H A solid state time division multiplier Annales de P Association internationale pour le Calcul analogique n 3 p 138 142 Jul 1962 RODRIGUES Jos Eduardo Interfer ncia de harm nicas em equipamentos de medi o de energia el trica S o Paulo 2009 157f Disserta o Mestrado em Engenharia El trica Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo S o Paulo 2009 ACTARIS Medidores Polif sicos MV amp MY Campinas 2002 p 4 BERTONI J H Experi ncia brasileira motiva es objetivos dificuldades ganhos esperados e j alcan ados In SEMIN RIO INTERNACIONAL MEDI O ELETR NICA Bras lia ANEEL 2008 Dispon vel em lt http www aneel gov br Arquivos PDF ELETROPAULO Jose Bertoni pdf gt Acesso em 1 fev 2012 GERWEN Rob van SASKIA Jaarsma WILHITE Rob Smart metering Holanda Jul 2006 Dispon vel em lt http
25. A soma das pot ncias ativas dos circuitos adequada para expressar a pot ncia ativa do conjunto Isso coerente com a premissa de que a pot ncia ativa exprime um trabalho realizado uma transforma o energ tica independente da natureza do circuito A pot ncia reativa sem levar em conta a natureza da carga n o adequada como grandeza auxiliar nos c lculos envolvendo elementos n o lineares Por outro lado as pot ncias ativa e aparente desde que avaliadas corretamente podem servir de indicador da presen a de cargas n o lineares em um circuito que contenham somente cargas resistivas Nas instala es normais dificilmente se pode alcan ar tal configura o ou mesmo adota la como premissa de modo que outro indicador necess rio para o sistema de medi o Tais considera es servem para pautar que tipo de cuidado deve ser observado ao avaliar circuitos que contem elementos n o lineares luz da teoria cl ssica de circuitos el tricos Mesmo tendo disposi o um instrumento capaz de indicar a pot ncia ativa e os valores eficazes reais a avalia o de fator de pot ncia somente poder ser feita pelo conjunto das cargas envolvidas Isso se deve ao fato de que embora a soma das parcelas de pot ncia ativa de cada carga seja v lida a soma das pot ncias reativas pode n o ser N o obstante se for poss vel determinar a pot ncia aparente do conjunto o fator de 92 pot ncia pode ser obtido a partir da soma das par
26. Dessa forma a pot ncia aparente resultou menor e como a pot ncia ativa se manteve em um patamar compat vel com o esperado para o circuito o fator de pot ncia medido foi mais alto do que deveria O medidor de indu o acompanhou a mesma tend ncia o que esperado de um medidor que trabalha movido pelo campo girante produzido pelas bobinas de tens o e corrente alimentada por corrente alternada O fluxo produzido pela componente cont nua ao interagir com o produzido pela tens o alternada n o produz campo girante e com isso o mecanismo n o responde a esse sinal O conhecimento da tecnologia de medi o n o fornece todas as respostas na elabora o de um sistema autom tico para o gerenciamento da energia mas fornece subs dios para o dimensionamento de sistemas que sejam confi veis para essa tarefa Al m disso permite avaliar se a medi o efetuada corretamente evitando desperd cios decorrentes dos erros Tecnicamente tais conclus es s o razo veis para uma tecnologia que est sendo transferida de um ambiente controlado para a aplica o generalizada em campo e sobre a qual se depositam demasiadas esperan as razo vel supor que em condi es de laborat rio se consiga medir todas as grandezas com precis o e ao se transferir essa tecnologia para medi o em campo e em larga escala pode haver perdas at por conta do custo dos equipamentos envolvidos Neste caso o problema se encontra na defini o do valor do erro aceit
27. Janeiro 2008 SAUER I L et al A Reconstru o do Setor El trico Brasileiro Campo Grande Ed UFMS S o Paulo Paz e Terra 2003 300p AG NCIA NACIONAL DE ENERGIA EL TRICA Procedimentos de distribui o de energia el trica no sistema el trico nacional Prodist ANEEL 2010 m dulo 8 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 180 MEHL Ewaldo L M Qualidade da Energia El trica Dispon vel em lt http www eletrica ufpr br mehl downloads qualidade energia pdf gt Acesso em 28 jan 2012 FUNDA O DE PROTE O E DEFESA DO CONSUMIDOR Cadastro de reclama es fundamentadas 2010 S o Paulo PROCON 2011 29p Costa A F S ZOTES L P Os impactos da privatiza o sobre a qualidade dos servi os o caso de uma distribuidora de energia el trica In II SIMPOSIO DE EXCEL NCIA EM GEST O E TECNOLOGIA 2005 p 929 939 PEANO C PARENTE V An lise da adequa o do uso do IGP M no reajuste anual das tarifas de distribui o de eletricidade com foco nas distor es repassadas ao setor In III CONGRESSO BRASILEIRO DE REGULA O DOS SERVI OS P BLICOS CONCEDIDOS 2003 Gramado Anais Gramado 2003 ZAMBON Eduardo Otimiza o de ndices de confiabilidade em redes de distribui o de energia el trica Vit ria 2006 79p Disserta o Mestrado em Inform tica Universidade Federal do Esp rito Santo Vit ria 2006 ARAUJO Antonio Carlos Marques de Perdas e inadimpl nci
28. MUSSOL 2006 Dessa curva podemos extrair graficamente alguma informa o acerca da pot ncia A pot ncia ativa corresponde dist ncia do ponto m dio termo 1 em azul entre os picos negativos e positivos da pot ncia instant nea p t em vermelho relativa ao eixo do tempo A pot ncia aparente corresponde ao valor de pico da pot ncia instant nea p t deslocada da dist ncia ao ponto m dio de forma a tornar a onda sim trica em rela o ao eixo do tempo termo2 em verde Matematicamente isso compreens vel atrav s das express es 4 17 a 4 19 e dedu o a seguir Havendo um circuito eletr nico que produza em sua sa da um sinal correspondente ao produto de dois sinais de entrada conforme se observa no cap tulo 5 poss vel empregar medidores digitais para obter o valor da pot ncia Um volt metro digital com circuito configurado para obter o valor m dio pode indicar o valor da pot ncia ativa Um outro volt metro configurado para obter o valor de pico da componente alternada desse sinal pode indicar a pot ncia aparente Isso pode ser implementado com arranjos simples de circuito O mesmo pode ser emulado em um micro controlador que opere um circuito de aquisi o de dados Neste caso se obt m praticamente os valores instant neos de corrente e tens o para calcular o produto e o valor m dio e de pico tudo atrav s de um programa adequado A implementa o desse programa no entanto parte da premissa de que se
29. RIO DANTRODDC NO serie 7 2 VARI VEL SOCIOECON MICA sa esa yet isa sie a iii p e 13 2 1 Estrutura econ mica do sistema de pot ncia eee cereereerereerereeeeeaeeeeareeas 14 2 2 Os indicadores de continuidade do servi o err ererareeerenererrereneraraereneaan a 16 2 3 As perdasno setor el trico 223 es sas t neay ponpa p oe ee oeps n eN E a NEEE E N N as dus Si 23 24A As modalidades d tarifa missense pr eeto ee enea ap See PE S EASE EEEE Een EPEE EE ESSE at 25 2 5 Faturamento de energia e demanda reativa eseseeeseeseesresreereertsrretttsreresretesreresrsrenrstesestestsrereet 29 2 6 A racionaliza o econ mica utilizada de um ponto de vista t cnico 33 3 REDE INTELIGENTE SMART GRID ccreerreerreerseesscosocosesesesesesesesesesesesesesesesesesesesemeneneneso 44 3 1 Princ pios e caracter sticas das redes inteligentes i ir reeeeererereeeerenererannes 46 3 2 Tecnologias de automa o dispon veis para suporte de redes ara 47 3 2 sistemas SCADA casi danos asd anta sie apisaEl Dubioi in bado T S 47 3 2 2 Sistema de COMUNICA O 5 1 a a A Dis Sands DA E r EO EREE SE ES Le Ee 51 3 2 3 oist ma de Medi o its ETE TTS 53 3 24 Sist mas de Prote o a cistina faniesiosandpso dutiasio ando se dani Dado andas SOPA LIA IA SNL US AIR AGUAS SD Und Leia 53 3 3 As aplica es residenciais meri e ees
30. a e efic cia por m com a capacidade de interagir com os usu rios de maneira amig vel Nesse cen rio a filosofia do projeto encontra maior afinidade com o controle de grandes plantas industriais feito por sistemas de supervis o e gerenciamento autom ticos do que com o sistema de transmiss o nacional por exemplo Colocando se desse modo se percebe que a base do que se conhece por rede inteligente n o necessariamente algo novo como alguns poderiam supor mas sim a aplica o inteligente de v rios componentes e sistemas j existentes visando automa o e o controle remoto da rede de distribui o Indo al m a rede inteligente tamb m visa congregar os diversos participantes do sistema de distribui o coordenando suas atividades energ ticas o que pode permitir a otimiza o do aproveitamento da capacidade dispon vel em fun o do tempo Na base dos conceitos associados rede inteligente se pode distinguir algumas premissas q A rede inteligente a base para a evolu o do sistema de distribui o de energia el trica q A rede inteligente agiliza o gerenciamento da demanda e atrav s deste poss vel otimizar a utiliza o do sistema de modo a postergar o investimento no aumento de sua capacidade q A rede inteligente permitir a incorpora o da gera o distribu da 46 q A rede inteligente permite aumentar a estabilidade dos sistemas el tricos A validade dessas premissas motiva o para estudo em
31. acompanhada da privatiza o de partes do setor el trico Em outros pa ses onde as empresas concession rias j s o privatizadas em sua maioria como o caso dos Estados Unidos a desverticaliza o procura desmembrar as empresas em v rias geradoras GENCOS v rias distribuidoras DISCOS e v rias empresas de transmiss o TRANSCOS A parte tecnicamente mais dif cil se refere s empresas de transmiss o cuja opera o passa a ser coordenada por um novo tipo de empresa um operador independente ISO Independent System Operator como ocorre na Calif rnia No Brasil essa fun o controlada pelo estado atrav s do ONS Operador Nacional do Sistema Em pa ses como o Brasil a desverticaliza o e privatiza o motivada pela busca de recursos na iniciativa privada a serem investidos na ind stria de energia el trica nos Estados Unidos a motiva o a redu o dos custos para o consumidor final atrav s da ado o do princ pio da competi o no mercado A pulveriza o em empresas geradoras e distribuidoras deveria levar a uma maior competi o e desenvolvimento de mecanismos de controle de oferta e demanda t picos de mercado Dois tipos de transa es podem ocorrer nesse sistema contratos fixos de longo prazo e mercado spot O mercado fixo forma a base das transa es enquanto que o mercado spot tem um car ter complementar correspondente a um ajuste fino de curto prazo Por m devido
32. as harm nicas mais elevadas em fun o das caracter sticas dos equipamentos Por exemplo as medi es efetuadas nas l mpadas fluorescentes compactas apontaram grande contribui o da componente de alta frequ ncia na corrente quando alimentadas por uma fonte de tens o cont nua com baixa ondula o conforme se observa na figura 6 12 forma de onda da LFC 169 Entretanto sabe se que as modernas fontes que operam em corrente cont nua podem regular automaticamente seu ponto de opera o e por isso admitem grande varia o na tens o o que em princ pio atenuaria o efeito de problemas com a queda de tens o Dessa forma se conclui que a possibilidade de utilizar a corrente cont nua limitada aos circuitos terminais de comprimento reduzido em instala es residenciais 6 6 O controle da rede e a prote o dos circuitos Outro aspecto interessante da opera o em corrente cont nua que seu controle em princ pio mais simples se comparado opera o de uma rede em corrente alternada posto que n o h necessidade de contabilizar os componentes reativos em regime permanente De modo bastante simplificado o objetivo prim rio do controle dessa rede CC alcan ado atrav s da estabilidade da tens o do circuito principal A participa o dos geradores no sistema naturalmente controlada pelo equil brio das tens es dos geradores que fun o da disponibilidade da fonte de energia prim ria Essa caracter st
33. auto an lise cont nua e autodiagn stico ent o eliminar o defeito no menor tempo utilizando m todo autom tico Em segundo lugar a rede de energia pode perceber fatores externos como mudan a na temperatura no acesso ao suprimento de energia e etc e utiliza seus meios de modo inteligente para responder ativamente ao evento No caso de desastres naturais como deslizamentos de terra queda de rvores enchentes etc as redes podem exibir uma elevada capacidade de auto ajuste Em terceiro lugar no caso interrup o de interrup o do fornecimento o sistema pode responder rapidamente e ser restaurado de modo ordenado minimizando a influ ncia da falha q No n vel ambiental uma estrutura energ tica limpa um requisito nativo ao desenvolvimento da rede inteligente Essa rede necessita que o sistema de pot ncia seja compat vel com o modo de gera o centralizado e distribu do ou 11 seja suporte as fontes tradicionais de energia e tamb m a gera o e lica solar ou outra forma de energia limpa al m de permitir o acesso a dispositivos de armazenamento de energia Dessa forma admite que a micro gera o e o sistema de pot ncia possam se complementar e se sustentar atrav s de uma administra o abrangente e l gica q No n vel gerencial fundamental a elabora o de normas e utiliza o eficiente dos meios desenvolvidos para o progresso da rede inteligente Primeiramente atrav s do estabelecimento de plataforma e esp
34. cooperativo das fontes e da substitui o do servi o prestado por elas Exemplo disto a substitui o de chuveiros el tricos por similares a g s pois esse ltimo insumo ao substituir o primeiro libera uma capacidade para o sistema O servi o prestado pelo energ tico o aquecimento de gua ou seja produ o de calor O calor uma forma de energia muito comum nos processos e extremamente aproveit vel desde que haja gradientes de temperatura de modo que se bem aproveitado pode diminuir o consumo das fontes prim rias Por exemplo uma m quina que produz um trabalho mec nico e dissipa calor pelas perdas pode ser refrigerada por gua que pode aproveitar esse calor para prover conforto t rmico Dependendo do alcance do projeto pode ser vantajoso retirar a energia el trica como um recurso energ tico colateral quando o uso de energia t rmica intenso Nesse processo necess rio o planejamento integrado de recursos para o m ximo aproveitamento da fonte de energia As m quinas que convertem energia pela combust o o fazem com rendimento pr prio baixo pr ximo a 30 Mas quando o interesse principal produzir calor para provera aquecimento o aproveitamento el trico seria um efeito colateral desej vel ao elevar o rendimento energ tico do conjunto Nas instala es el tricas em pa ses de clima frio o calor produzido pelas m quinas pode ser utilizado nos aquecedores de ambiente tendo como efeito colateral produ
35. dados das UTR processa los e se houver algum evento expressivo emitir alarmes ou executar comandos pr programados correspondentes A apresenta o dos dados para o operador atrav s do computador tamb m faz parte do sistema e constitui a Interface Homem M quina IHM Ao contr rio do que se pode pensar o sistema SCADA n o uma solu o completa Na realidade ele um sistema integrador de solu es que ajuda na organiza o dos v rios elementos na medida em que cria um ambiente comum no qual eles podem interagir como objetos virtuais compat veis Para isso cada objeto deve ser configurado sendo estabelecido ent o um protocolo de comunica o que corresponde a uma interface entre o dispositivo UTR ou UTM e o sistema Por isso a implanta o e manuten o de um sistema SCADA atualmente n o trivial primeiramente devido rede de comunica o de dados instala o e configura o das UTR em campo protocolo de comunica o entre UTR e UTM ou seja um sistema adequado a v rias aplica es mas necess ria a participa o de v rios tipos de profissionais de v rias reas diferentes para implanta lo por m os benef cios que se adquire pode justificar o investimento Para citar um exemplo do problema da instala o e configura o de UTR para o sistema de rede inteligente estimava se em 2010 que o Brasil possu a sessenta e tr s milh es de medidores anal gicos e a instala o dos medidores inteligentes sm
36. de comportamento discern vel 130 Nos momentos de maior demanda se observa que o fator de pot ncia apresenta os maiores valores e nos momentos de menor consumo o padr o se inverte Isso sugere que as cargas que demandam maior pot ncia t m fator de pot ncia pr ximo do unit rio ao contr rio da carga base Dessa forma se pode recomendar a verifica o dos equipamentos com pot ncia inferior a 2000W lt 0 2 p u para corrigir seu fator de pot ncia A medi o espec fica dos aparelhos de ilumina o e de outras cargas que constituem a pot ncia b sica nesses casos provavelmente apontar a necessidade de se corrigir o fator de pot ncia nessas unidades Dependendo do caso a corre o do fator de pot ncia pode n o se justificar economicamente conforme indicado no cap tulo 2 Isso implica na cobran a de multas quando o valor do fator de pot ncia menor que 0 92 fato esse que taxado como um excedente de energia reativa Atrav s da express o definida pela ANEEL reproduzida no cap tulo 2 se calcula o valor de energia equivalente ao excedente reativo Existem per odos em que ocorre cobran a de multas como se observa no gr fico da multa e da pot ncia ativa em fun o do tempo Figura 5 12 O valor de base da pot ncia corresponde ao maior valor registrado ou seja 9883W A escala de tempo de 1000 minutos por divis o e abrange um intervalo de aproximadamente 120 horas ou cinco dias sendo feito um registro
37. de m dias e baixas tens es e com as respectivas instala es el tricas 27 s o elas q NBR5410 Instala es el tricas de baixa tens o q NBR14039 Instala es el tricas de m dia tens o q NBR5419 Prote o de estruturas contra descargas atmosf ricas e 54 q NR10 Seguran a em instala es e servi os em eletricidade A NBR 5410 a norma aplicada a todas as instala es el trica com tens o nominal inferior a 1000V em corrente alternada e 1500V em cont nua A abrang ncia desta norma influencia grande parte dos elementos da rede inteligente pois cobre as instala es residenciais comerciais de uso p blico industrial agropecu rio pr fabricadas reboques de acampamento etc Esta vers o cobre boa parte das quest es envolvendo o dimensionamento da rede e a seguran a dos dispositivos nela instalados servindo como uma tima refer ncia na elabora o do projeto b sico das redes Entretanto como existem muitos elementos ainda n o consolidados associados aos conceitos das redes inteligentes essa norma deve evoluir medida que as estruturas forem consolidadas Outra norma de grande alcance para as redes inteligentes a NBR14039 que cobre as instala es el tricas de m dia tens o de 1 a 36 2kV Essa norma estabelece as condi es m nimas de projeto e execu o das instala es de m dia tens o fregii ncia industrial na faixa coberta pela rede inteligente propriamente dita Ela incorpora os subs
38. de natureza informativa orienta sobre os princ pios que podem embasar os requisitos para instala es que provoquem distor es nas redes O documento IEC TR 61000 3 7 ed2 0 Eletromagnetic compability EMC Part 3 7 Limits Assessment of emission limits for the connection of fluctuating installationns to MV HV ande EHV power system Este relat rio t cnico orienta sobre os princ pios que podem embasar os requisitos para instala es que provoquem flutua es nas redes Al m disso a Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL com seu Procedimento de Distribui o de Energia El trica no Sistema El trico Nacional PRODIST m dulo 8 sobre qualidade de energia el trica fornece bases legais para a caracteriza o da qualidade da energia el trica Os sistemas el tricos e eletr nicos que formam a base da tecnologia das redes inteligentes podem sucumbir aos fen menos el tricos atmosf ricos A norma NBR 5419 regula as condi es m nimas de projeto manuten o e instala o do SPDA Sistema de Prote o contra Descargas Atmosf ricas desde a parte superior extrema do elemento de capta o at o terminal de aterramento principal que comum ao barramento de equipotencializa o principal A ess ncia dessa norma voltada para a prote o das edifica es e abrang ncia para os elementos internos tais como as redes el tricas e de comunica o tratada atrav s dos pontos em comum nos sistemas por exemplo a
39. de pico de demanda De concreto se observam iniciativas no sentido de estabelecer uma base para o sistema como por exemplo a troca dos medidores eletromec nicos por outros de tecnologia digital como est o fazendo as concession rias como a AES Eletropaulo a Copel a Ampla e a Light Nesse sentido a motiva o maior a diminui o das perdas no sistema conforme se observar no cap tulo 2 Entretanto isso n o exclui outras metas a partir das bases instaladas O dilema fundamental do consumidor residencial portanto como se adaptar ao futuro das redes el tricas e como isso afetar suas instala es el tricas Para solucionar esse dilema estrategicamente importante antecipar os elementos envolvidos com a finalidade de se estabelecer a configura o de uma poss vel nova realidade que se apresenta Embora o conceito de rede inteligente ainda n o esteja totalmente sedimentado integrando v rios pontos de vista e entendimentos a respeito do assunto poss vel distinguir quatro n veis de classifica o principais n vel da rede de energia n vel ambiental n vel gerencial e n vel de mercado 3 q No n vel da rede de energia a principal caracter stica a capacidade de auto repara o e antiinterfer ncia que a base para o desenvolvimento da rede inteligente Fundamentalmente ao monitorar permanentemente o estado de funcionamento completo da rede o sistema pode antever poss veis falhas ocultas atrav s da
40. de potencial divisor de tens o etc Dentro do watt metro a tens o da entrada modificada para uma corrente constante no pr amplificador usado como se o de entrada input section e isolada por meio de um transformador de corrente CT O enrolamento prim rio da entrada de corrente fixo e o ganho do pr amplificador alterado no circuito de entrada de corrente Com esse arranjo o circuito prim rio n o aberto quando a escala de corrente selecionada permitindo opera es seguras por controle remoto via GPIB ou RS 232 O sinal de sa da correspondente tens o ou a corrente sujeita a computa o para obter valor eficaz real usando o m todo logaritmo e antilogaritmo log antilog ou um m todo denominado pelo fabricante como mean rectication rms value computation na placa RMS Esses m todos se encontram em m dulos separados e selecion veis por um comutador blocos RMS e mean da figura 5 2 O detalhe da opera o desta etapa de 106 2 tens o assim como a de corrente n o imprescind vel neste estudo pois o objetivo final que obter o valor eficaz real pode ser alcan ado por outros meios Esse instrumento indica o valor da pot ncia ativa aparente e o fator de pot ncia em um display digital de leds Por isso ele possui os blocos para medir valor eficaz da tens o e da corrente no entanto o circuito fundamental para esse estudo o multiplicador Para contornar o problema d
41. deslocamento do consumo de energia el trica implica na necessidade de meios para acumular nos per odos em que ela mais acess vel e ser utilizada quando ela mais necess ria Fundamentalmente o dispositivo que armazena energia el trica o capacitor que formado basicamente por um conjunto de duas placas separadas por um meio diel trico e que acumula cargas de sinais opostos por efeito da a o de um campo el trico Embora seja bastante utilizado na eletrot cnica os capacitores n o tem capacidade suficiente para armazenar energia na escala necess ria para manter o consumo de uma instala o normal e por isso geralmente se utiliza em aplica es onde o armazenamento ocorre em per odos de curta dura o Assim os dispositivos que atualmente s o utilizados para armazenar a energia el trica n o o fazem dessa forma isto eles conservam a energia em outras formas e quando necess rio convertem para energia el trica Por isso o uso da energia el trica est vinculado a sua gera o Esse princ pio que se aplica energia fornecida pela concession ria e tamb m aquela gerada dentro das depend ncias do consumidor orienta a forma de escolha de meios para armazenamento de energia Neste caso melhor seria considerar o servi o prestado pela energia el trica que permite que outras formas de energia participem do processo a fim de otimiza lo Nas instala es a energia convertida nas seguintes formas t rmica calor lum
42. dessa demanda pelo lado do consumidor atrav s da varia o do custo da energia em fun o do tempo No caso do consumidor residencial a proposta da modalidade tarif ria branca incentiva a interagir com a rede el trica mais ativamente ajustando seus h bitos em fun o do pre o da energia Neste cen rio que j realidade para consumidores de modalidade A existe a necessidade da substitui o dos medidores convencionais pelos eletr nicos mais modernos e que podem medir mais par metros Dentro desses par metros adicionais est a medi o do fator de pot ncia que se traduz para efeito de tarifas como o excedente de energia reativo A resolu o n 456 da ANEEL 33 j estabelece a cobran a de multas para esses casos por m a falta de equipamentos que pudessem aferir esse valor do lado dos consumidores impede a aplica o em um universo t o vasto Existem mecanismos legais de medi o tempor ria definidos por regras nessa resolu o mas a aplica o envolve problemas log sticos que n o justificam a aplica o econ mica em escala Este cap tulo procura desenvolver do ponto de vista t cnico uma vis o geral evolutiva das tecnologias de medi o iniciando pelo medidor de pot ncia eletromec nico at o medidor eletr nico de energia e buscando associar a perda no sistema de energia el trica associada ao sistema de medi o que corresponde a uma perda comercial Esta uma das formas de observar como as limita
43. diferente da simples coloca o de um capacitor no circuito Ampliando o estudo da s rie de Fourier atrav s da observa o da distribui o espectral observamos a propor o das v rias harm nicas com predomin ncia nas freqii ncias abaixo de 180 Hz terceira harm nica e a componente cont nua que o motivo b sico para a aplica o de um circuito retificador A Figura 4 7 ilustra a distribui o da corrente no espectro de frequ ncias 1 50 1 25 1 00 750 00m 500 00m 250 00m o a f afana o 180 360 540 Freq ncia Hz Corrente 4 Figura 4 7 Distribui o da corrente no espectro de fregii ncias Fonte Autoria pr pria Por isso em um sistema constitu do por elementos lineares e n o lineares o c lculo do fator de pot ncia deve se basear na avalia o das pot ncias ativa e aparente Isso implica em dispor de instrumentos e elementos de c lculo que possam determinar a pot ncia ativa a partir do valor m dio da pot ncia instant nea e a pot ncia aparente como o produto dos valores eficazes reais da tens o e da corrente Deve se observar portanto o tipo de instrumento empregado por exemplo o watt metro eletrodin mico de 89 ponteiro fornece uma leitura confi vel dentro do seu espectro de frequ ncia Da mesma forma instrumentos de ferro m vel fornecem indica o do valor eficaz Assim se percebe que nos laborat rios e nos meios t cnicos capacitados a medi o confi vel de circu
44. dios b sicos de uma instala o de m dia tens o que opera nos par metros atuais que j disp e de muitos recursos de automa o que fundamental nas redes inteligentes Al m disso como opera na faixa de consumo A4 o sistema de medi o j compat vel com essas redes e j existe a medi o remota Conforme indicado no item 1 1 da norma o foco da NBR14039 a garantia de seguran a e continuidade do servi o No entanto a quest o da qualidade da energia mencionada no item 4 2 2 referente limita o das perturba es Segundo este item as instala es el tricas n o devem prejudicar o funcionamento da rede na qual elas est o ligadas da mesma forma que os equipamentos que fazem parte dela n o devem causar perturba es significativas A aplica o desses conceitos exige o estabelecimento de crit rios de avalia o da qualidade do produto energia el trica N o existem normas t cnicas brasileiras s rie NBR sobre a qualidade do produto energia el trica nas instala es el tricas ou sobre os limites de perturba es que os equipamentos el tricos introduzem nas redes 2 Entretanto poss vel utilizar documentos internacionais como refer ncia tais como a norma IEC TR 61000 3 6 ed2 0 Eletromagnetic compability EMC Part 3 6 Limits Assessment of emission limits for the connection of distorting installationns to MV HV ande EHV power system 55 Este relat rio t cnico que
45. do ripple feito atrav s do capacitor e da configura o do retificador Uma forma de melhorar o desempenho do circuito acrescentar diodos de modo a dobrar a frequ ncia dos pulsos diminuindo o tempo em que o capacitor fornece a energia para a resist ncia de carga de modo que a queda de tens o nos seus terminais 151 Fd menor Essa configura o ilustrada pela figura a seguir um retificador de onda completa em ponte DIODO x xx RESIST NCIA DE CARGA xX CAPACITOR Oscilloscope Figura 6 4 Fonte CC b sica com retificador de onda completa em ponte Fonte Autoria pr pria Essa configura o permite que os diodos comutem a tens o alternada da rede de maneira a aproveitar os dois semiciclos Em cada semiciclo dois diodos conduzem a corrente el trica cujo sentido fixo e sempre sai do retificador no ponto de converg ncia de dois diodos retornado pelo terminal no qual os dois diodos divergem Isso determina a polaridade da fonte cujo terminal positivo corresponde no ponto de converg ncia de dois diodos e o negativo no ponto de diverg ncia A fonte de corrente alternada se liga aos pontos onde um diodo converge e o outro diverge A principal caracter stica a ser observada que com o aumento da freq ncia proporcionada pela configura o do retificador houve uma diminui o do ripple da fonte Dessa forma o capa
46. e paralelos que a configura o mais utilizada nas instala es el tricas Com esses valores de imped ncia poss vel estimar a capacidade m xima do alimentador atrav s do crit rio da queda de tens o As tabelas a seguir cont m os dados calculados para tr s condi es de corrente representativas para o estudo A primeira tabela cont m os valores v lidos para corrente cont nua a segunda alternada em 60Hz e a terceira cont m os da freqii ncia de 30kHz O dado da primeira tabela representam a condi o de opera o com corrente cont nua o da segunda alternada na fregii ncia industrial O dado da terceira tabela procura levar em conta a influ ncia da corrente cont nua pulsante de alta frequ ncia que observada na entrada dos equipamentos el tricos que operam com fontes do tipo chaveadas quando alimentados por tens o cont nua 166 Tabela 6 2 Valores de imped ncia para opera o em corrente cont nua Se o nominal do condutor Resist ncia por condutor a Reat ncia por condutor mm ohms km ohms km 1 5 12 43 0 00 25 7 46 0 00 4 4 66 0 00 6 3 11 0 00 Fonte Autoria pr pria Tabela 6 3 Valores de imped ncia para opera o na freq ncia de 60 Hz Se o nominal do condutor Resist ncia por condutor a Reat ncia por condutor mm ohms km ohms km 1 5 12 43 0 10 2 5 7 46 0 10 4 4 66 0 09 6 3 11 0 09 Fonte Autoria pr pria Tabela 6 4 Valores de imped ncia para opera o
47. eficaz nominal da tens o e corrente determina a pot ncia aparente nominal do equipamento sendo por isso similar aplicada em circuitos com tens o e corrente cont nua Como se demonstrou anteriormente pot ncia ativa se relaciona com a pot ncia aparente determinando o fator de pot ncia neste caso a rela o P cosq S 4 21 Isso significa que quanto menor o valor da pot ncia ativa em rela o pot ncia aparente que fixa pelas caracter sticas nominais de tens o e corrente menor o aproveitamento do potencial da m quina na propor o dada pelo ngulo de defasagem Para corrigir o problema e melhorar o aproveitamento do potencial das m quinas se efetua a corre o do fator de pot ncia utilizando o conceito de pot ncia reativa Q Embora n o haja convers o da energia el trica em outras formas de energia no caso da pot ncia reativa pois ela somente armazenada e restitu da ao sistema no processo considera se para efeito de modelo que haja um consumo desta Por isso se considera que diversos receptores de energia el trica consomem tanto a pot ncia ativa P como a reativa Q A pot ncia aparente que determina por exemplo a capacidade do transformador de alimenta o se calcula atrav s da seguinte express o S P O 4 22 A pot ncia reativa se mede em volt amp res reativos VAr e representa a soma de toda carga reativa Tendo um instrumento capaz de medir a pot ncia ativa e a aparente conf
48. embutir com vidro fosco temperado conforme a figura a seguir Figura 2 7 Componentes da instala o considerados para a aplica o do modelo matem tico Fonte Internet e autoria pr pria 41 Conforme observado no modelo matem tico existe um grande n mero de vari veis envolvidas que seriam mais bem descritas atrav s de extratos da planilha Tabela 2 5 Resultados da an lise t cnica e econ mica do caso potencia Fluorescente vida vida do vida da servi o potencia equivalente reativa custo da custo do custo da eficiencia Fator de l mpada h reator h luminaria h lumens Im l mpada W q l mpada US reator US lumin ria US Im W pot ncia compacta W Sem filtro 7500 20000 50000 975 15 12 6 4 16 0 00 29 47 35 0 50 Com filtro 7500 20000 50000 975 15 0 4 16 7 90 29 47 65 0 98 Fluorescente compacta Fluorescente compacta com filtro LAMPADA Nj FRC REATOR Nj FRC LUMINARIA Nj FRC GERAL S Ci Ce Cm CT 4 11 0 32 10 96 0 17 27 40 0 13 1 51 3 33 5 00 0 000 8 33 4 11 0 32 10 96 0 17 27 40 0 13 1 51 4 22 2 71 0 000 6 93 42 Foram consideradas tamb m as seguintes condi es de uso e de custos Tabela 2 6 Condi es de uso e custos fator de deprecia o 0 85 taxa de desconto 0 12 utiliza o horas dia 5 custo de manuten o 0 pre o da energia US Wh 0 00015 Isso leva ao ltimo passo que interpretar o resultado matem tico fisica
49. es O exemplo simples permite observar que existe muita aplica o para dispositivos autom ticos nas edifica es para otimizar os recursos energ ticos A aplica o do conceito de rede inteligente cria mercado para o desenvolvimento de equipamentos mais sofisticados para aplica es relativamente simples e a integra o destes as redes de informa o mais complexas e coordenadas levando a sistemas complexos para o gerenciamento da energia nas edifica es A consegii ncia disso a necessidade do conhecimento operacional desses sistemas sua filosofia e evolu o 133 O conhecimento operacional desses sistemas bastante espec fico e extenso para os objetivos deste trabalho Por outro lado sua o conhecimento de sua filosofia e evolu o podem contribuir para a compreens o de como os recursos para gerenciamento da energia nas edifica es podem contribuir com o deslocamento da demanda 6 1 Evolu o do gerenciamento computadorizado de energia A evolu o dos controles autom ticos utilizados em edifica es come ou pelos idos de 1880 A primeira inova o era o termostato bi met lico que controlava a temperatura do ambiente pelo ajuste do regulador de um forno a carv o ou uma caldeira Em 1890 o primeiro controle pneum tico estava dispon vel 42 Hoje o controle autom tico de energia se tornou comum em constru es n o residenciais de grande porte coordenado por um sistema computadorizado como central de proc
50. es s o proporcionais ao quadrado Por exemplo o efeito t rmico a intera o mec nica dos condutores de ida e retorno etc Existe ainda um par metro muito utilizado para quantificar a prote o contra curto circuito que se baseia no produto do valor eficaz da corrente ao quadrado pelo tempo de condu o conhecida como integral de Joule Ao se determinar o valor eficaz da corrente alternada comparando o efeito t rmico da corrente cont nua de igual valor a condi o fundamental que a pot ncia dissipada seja a mesma nos dois casos A aplica o desse princ pio poss vel em instrumentos que operam termicamente por deslocamento de um elemento bi met lico por exemplo Um bom exemplo para esclarecer a forma de aplica o deste princ pio a dedu o do valor eficaz de uma onda senoidal de corrente A pot ncia dissipada em uma resist ncia pode ser expressa como a rela o P R i 4 25 Para a corrente senoidal i Im sen t 4 26 Cujo valor elevado ao quadrado i In r senat 4 27 E como 1 20t senat En 2 4 28 Ent o 1 2 t Im ax Ima P Ind iara cos2Wt 2 2 2 4 29 Para calcular o valor eficaz se utiliza o valor m dio por per odo utilizado deste valor instant neo Dessa forma o segundo termo que envolve uma onda senoidal sim trica zero de modo que o valor da m dia quadr tica 74 Im a i m dio 2 4 30 O valor eficaz corresponde raiz quadrada deste v
51. est lidando com sinais na forma senoidal como hip tese simplificadora o que constitui uma limita o para a capacidade de tal medidor No caso da pot ncia ativa em princ pio n o h problemas com o valor indicado pois o valor medido est vinculado a defini o da pot ncia No caso da pot ncia aparente o uso 69 do valor de pico da componente alternada da onda correspondente ao produto s v lido no caso senoidal e por isso um instrumento cujo algoritmo seja baseado nessa premissa estar sujeito ao erro Conforme indicado anteriormente para efeito pr tico durante os c lculos envolvendo pot ncia nos circuitos el tricos utilizamos o valor m dio e n o o instant neo A partir dessa premissa podemos simplificar a express o da pot ncia instant nea para calcular o valor m dio da pot ncia Sabemos ainda que ao calcular o valor da pot ncia m dia a partir da instant nea durante um per odo da altern ncia notamos que o valor m dio correspondente aos componentes variantes com o tempo igual a zero pois essas fun es s o sim tricas com rela o rea nos semiciclos positivo e negativo J o termo da express o que n o inclui a fun o do tempo portanto a pot ncia m dia da corrente alternada denominada pot ncia ativa sendo igual a U m x Im x coso 2 4 17 P Como Umir U NV2 e Ima I V2 4 18 Substituindo estas express es na f rmula anterior obtemos a f rmula para p
52. exige um bom conhecimento dos conceitos associados aos sistemas de medi o come ando pelas defini es b sicas sobre a avalia o da demanda at o aspecto relacionado s tecnologias dispon veis Os cap tulos 4 e 5 abordam respectivamente a avalia o da demanda e as tecnologias dos medidores 3 2 4 Sistemas de prote o O aporte necess rio implanta o dos sistemas inteligentes vulner vel como toda cadeia de recursos tecnol gicos s inevit veis falhas provenientes de fatores naturais erros humanos e at sabotagem Isso ainda mais preocupante se consideramos que essas redes inteligentes s o baseadas em cadeias tecnol gicas sobrepostas cuja falha de um elemento pode disparar uma s rie de eventos nocivos Al m disso o pr prio conceito de rede inteligente traz dentro de si elementos para integrar os sistemas de prote o e assegurar a confiabilidade do sistema o que implica no desenvolvimento de algoritmos e programas para lidar com as situa es adversas Disso se deduz que o assunto vasto pois engloba diversas frentes desde a automa o de subesta es at automa o de um simples utens lio dom stico Como existem muitos interessados as solu es s o apresentadas por cada um deles segundo seu interesse Por outro lado evolu o dos equipamentos normalizados e das normas pode contribuir para o processo como elemento orientador Existem quatro normas brasileiras que est o relacionadas com as redes
53. fator de pot ncia tamb m elevado de modo que a influ ncia das cargas nocivas est dilu da de tal forma que corrigir n o necess rio A forma de lidar com o problema envolve os custos de aquisi o e manuten o do equipamento necess rio corre o comparado a economia obtida conforme estabelecido no cap tulo 2 e envolve as poss veis solu es t cnicas ou operacionais como a indicada nos par grafos anteriores Se a instala o el trica do exemplo contivesse elementos de controle autom tico e medi o inteligente a solu o operacional poderia ser empregada facilmente coordenando os sinais emitidos pelo sistema de medi o com o controle da carga de ilumina o Isso significa que conhecendo o funcionamento do sistema de medi o a carga instalada associado ao comportamento das curvas de demanda poss vel projetar um sistema autom tico eficaz e econ mico para otimizar o uso da energia nas instala es residenciais 132 6 APLICA O DOS NOVOS RECURSOS DA MEDI O E DO CONTROLE NA AUTOMA O DAS INSTALA ES RESIDENCIAIS Partindo da premissa de otimiza o dos recursos de gera o transmiss o e distribui o de energia atrav s do deslocamento da demanda da ponta para hor rios de menor carregamento se deduz que as instala es el tricas devem evoluir para incorporar essa possibilidade A introdu o da modalidade de tarifa branca sinaliza a import ncia dessa premissa para a sociedade e visa
54. gastos com manuten o preventiva ou corretiva 2 3 As perdas no setor el trico Estima se que as perdas n o t cnicas furtos e a inadimpl ncia no setor el trico brasileiro geram um preju zo m dio de seis bilh es de reais ao ano e por isso se constituem em um problema para a sociedade com reflexos sobre o valor da tarifa e como consegii ncia sobre a efici ncia econ mica do pa s 16 Historicamente o universo das perdas totais que engloba as perdas t cnicas e n o t cnicas se traduzem em m dia 15 da energia comprada pelas distribuidoras para o atendimento de seu mercado consumidor 16 O c lculo das perdas totais feito atrav s da diferen a entre a energia adquirida pelas distribuidoras e a efetivamente fornecida aos consumidores As perdas t cnicas s o inerentes aos equipamentos el tricos do sistema sendo limitadas pela qualidade dos dispositivos e em ltima an lise pelas leis da f sica Tais perdas s o 24 parcialmente gerenci veis pelas distribuidoras a partir de melhorias nas suas instala es Seu montante pode ser estimado por modelos el tricos de equipamentos e redes As perdas n o t cnicas ou perdas comerciais correspondem diferen a entre as perdas totais e as perdas t cnicas sendo devidas a furtos fraudes e erros nos processos de faturamento Isso implica no aumento das tarifas para os consumidores que pagam pela gera o e o transporte da energia el trica furtada No Brasil esse proble
55. ilumina o por m ltiplos pontos atrav s de um acionador por pulso semelhante a um bot o de campainha pode ser implementado pela combina o de um rel simples R e um rel temporizado Rr conforme ilustra a Figura 3 3 59 Figura 3 3 Comando el trico para acionamento de l mpadas a partir de diversos pontos Fonte Autoria pr pria 4 Ao ser acionada qualquer uma das chaves a bobina receptor do rel R ativada fechando os respectivos contatos Assim as l mpadas se acendem e permanece aceso gra as a o de um contato auxiliar de R chamado contato de selo Se qualquer uma das chaves permanecer acionada por um tempo maior do que o ajustado no rel temporizado Rr este atua atrav s de seu contato normalmente fechado abrindo o circuito da bobina de Rj Com isso as l mpadas se apagam Quando liberada a chave o circuito volta condi o inicial Esse exemplo de aplica o simples ilustra como um circuito de comando el trico pode ser utilizado para controlar a ilumina o de um andar de um pr dio por exemplo A filosofia de elabora o desses circuitos baseada em blocos simples que s o associados para obter o efeito final na automa o As propriedades de funcionamento desses blocos definem a maneira como s o interligados A propriedade principal do rel R o acionamento de seus contatos parte executiva quando sua bobina receptor recebe a tens o da rede O rel temporizado Rr acio
56. limita es impostas pela tecnologia Por exemplo um instrumento de bobina m vel projetado basicamente para indicar o valor m dio de uma corrente seria in til ao medir corrente alternada se n o fosse o retificador Por outro lado a escala deve ser adaptada dependendo da configura o desse retificador e da forma de onda medida O alcance das medidas depende da tecnologia empregada no instrumento por exemplo o instrumento de ferro m vel possui a caracter stica intr nseca de medir o valor eficaz de um sinal alternado sem a necessidade do retificador Grande a import ncia do estudo das particularidades dos instrumentos pois dele depende a confian a nos resultados Al m disso como a energia el trica representa um custo social tamb m conveniente estudar como esses conceitos se associa a remunera o do capital Considerando que muitas vezes o medidor utiliza micro controlador ou outro dispositivo program vel importante rever a teoria b sica com a finalidade de elaborar os algoritmos que fazem com que esses instrumentos virtuais operem A ordem de abordagem dos t picos reflete grosso modo uma sequ ncia evolutiva em fun o das necessidades t cnicas por medidas mais precisas Come ando pela pot ncia da tens o e corrente el trica constante at a corre o do fator de pot ncia de cargas n o lineares seguindo uma ordem operacional As aplica es mais simples desses princ pios podem envolver medi es com b
57. modificar os h bitos de consumo Como a energia el trica normalmente utilizada no momento em que gerada nos sistemas de pot ncia o deslocamento de cargas em princ pio somente seria poss vel pela mudan a de h bitos de consumo que muitas vezes est al m da capacidade do consumidor A solu o para o problema depende da possibilidade de armazenamento de energia el trica que geralmente convertida em outras formas no processo Por exemplo uma bateria de acumuladores acumula energia nos reagentes qu micos cuja rea o reversa libera eletricidade Outras formas de energia podem ser aproveitadas no sistema de gerenciamento da energia el trica utilizando todo o potencial energ tico em uma edifica o Por exemplo uma caixa de gua um reservat rio elevado que tamb m armazena energia potencial gravitacional se considerarmos o trabalho para deslocar o l quido Grande parte dos processos que envolvem o uso da gua como recurso em uma resid ncia implica no fluxo desse l quido o que implica em trabalho Nas instala es sanit rias a gua exerce trabalho ativo no transporte dos dejetos Assim os meios hidr ulicos podem ser inclu dos no estudo e planejamento energ tico da instala o el trica utilizando os per odos de armazenamento de gua na caixa em hor rios mais favor veis Isso uma estrat gia um pouco mais sofisticada do que simplesmente completar o n vel da caixa que atualmente existe em muitas edifica
58. na freq ncia de 30 kHz Se o nominal do condutor Resist ncia por condutor a Reat ncia por condutor mm ohms km ohms km 1 5 16 94 51 01 2 5 13 33 49 52 4 11 68 46 99 120 7 33 40 14 Fonte Autoria pr pria Os dados dessas tabelas foram calculados para ser utilizados nas compara es entre a linha trif sica equilibrada e sem neutro que opera em corrente alternada com a linha de tr s fios em corrente cont nua Para isso alguns pontos devem ser observados Os valores apresentados nas tabelas foram estimados para um condutor de modo que devem ser multiplicados por dois para os circuitos CC No caso do circuito trif sico equilibrado esses valores representam a imped ncia de segii ncia positiva e podem ser utilizados da forma como est o para o c lculo de um circuito equilibrado 167 O c lculo da capacidade m xima do condutor a partir do crit rio da queda de tens o fun o da imped ncia da linha que varia com seu comprimento Por outro lado o crit rio da capacidade de condu o m xima n o influenciado por esse par metro Sobrepondo os dois crit rios se obt m uma curva de pot ncia m xima transmiss vel em fun o do comprimento da linha Abaixo de uma certa dist ncia prevalece o crit rio da capacidade de condu o O crit rio da capacidade de condu o m xima definido pelo maior aquecimento admitido pela isola o do cabo em regime normal J o crit rio da queda de tens o depende do mai
59. nicos que apresentam desempenho no m nimo similar aos eletromec nicos que eles substituem e incorporam a medi o da energia reativa por exemplo Os modelos analisados 37 apresentam caracter sticas que possibilitam operar nas redes modernas tais como a sa da de dados e a medi o por meios eletr nicos etc Os maiores erros apurados para esses medidores eram de aproximadamente 2 5 e embora sejam similares aos dos medidores eletromec nicos est o acima do nominal que 1 Em resumo todos os medidores analisados eletr nicos ou eletromec nicos mostraram resultados razo veis para a medi o da pot ncia e da energia ativa na condi o de que ao menos a tens o da rede n o seja muito deturpada o que compat vel com a maioria das instala es A tend ncia que o erro seja maior quando a corrente que percorre o medidor baixa sendo que os medidores eletr nicos s o mais sens veis e portanto lidam melhor com essa condi o Os medidores eletr nicos analisados utilizavam algum tipo de transformador de corrente no circuito de medi o o que comprometeu a medi o do fator de pot ncia de uma carga simples formada por um diodo e uma resist ncia O valor medido de 0 92 maior que o esperado 0 71 para esse tipo de carga 125 A hip tese para explicar uma medi o razo vel de pot ncia ativa e uma medi o ruim de fator de pot ncia que a componente cont nua do sinal foi eliminada do valor eficaz do medidor
60. o possibilidades de otimiza es poss veis impactos evolu o da tecnologia etc Apresentado dessa forma se percebe que o crescimento sustent vel naturalmente considerado em um projeto de engenharia mesmo que o alcance das vari veis consideradas n o seja em escala global A pr pria evolu o do sistema el trico do qual as instala es el tricas fazem parte influenciado pelo conceito do crescimento sustent vel Um exemplo que associa o crescimento sustent vel s redes el tricas e a evolu o da tecnologia pode ser encontrado no sistema el trico americano O sistema el trico americano que est envelhecendo ineficiente congestionado e incapaz de atender as necessidades futuras de energia da economia da informa o sem mudan as operacional e substancial investimento de capital nas pr ximas d cadas segundo informa es extra das de um documento emitido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos 2 Os americanos apontam n veis de risco e incerteza sem precedentes para as condi es futuras da industria el trica o que aumentou a preocupa o com a capacidade do sistema de atender as necessidades futuras Os esfor os reguladores do governo sobre o mercado de energia el trica n o alcan aram o efeito esperado Existem muitas tecnologias promissoras no horizonte que podem ajudar a modernizar e expandir a capacidade do sistema de distribui o de energia el trica aliviar o congestionamento na trans
61. o ao fator de pot ncia possam ser dilu das com cargas com maior fator de pot ncia Geralmente isso pode ser alcan ado em combina es de cargas menores por exemplo as de ilumina o com baixo fator de pot ncia com cargas maiores com alto fator de pot ncia As solu es de engenharia para problemas que envolvem vari veis econ micas dependem Do ponto de vista econ mico segundo o manual de tarifa o do Procel 17 em geral a corre o do fator de pot ncia uma das medidas mais baratas de redu o de despesa com energia el trica Mas isso nem sempre verdadeiro pois h que se verificar se a economia obtida com a despesa justifica o investimento Neste manual se sugerem a verifica o das ltimas 12 contas para comprovar se h cobran a de parcela relativa demanda ou energia reativa Se isso ocorrer com fregii ncia se recomenda procurar uma empresa especializada para a elabora o de um or amento do servi o necess rio corre o do fator de pot ncia De posse desse valor o documento do Procel sugere uma express o para ser usada na compara o A 0 17698 P 2 17 Onde A o valor de refer ncia para compara o Se for menor ou igual a soma do que foi pago nos ltimos 12 meses como parcela reativa vale a pena contratar o servi o de corre o do fator de pot ncia 35 P o valor or ado pelo servi o 17 A express o calculada com base no valor presente de uma s rie uniforme de dez
62. o apresentada na norma NBR IEC 60439 1 44 O circuito principal interliga todas as unidades de entrada e sa da que podem ser alimentadores AC DC ou as cargas nos circuitos terminais As defini es extra das da norma s o q Barramento principal Barramento no qual podem ser conectados um ou v rios barramentos de distribui o e ou unidades de entrada e de sa da q Unidade de entrada Unidade funcional atrav s da qual a energia el trica normalmente fornecida para o conjunto q Unidade de sa da Unidade funcional atrav s da qual a energia el trica normalmente fornecida para um ou mais circuitos de sa da A defini o da estrutura do sistema de distribui o em corrente cont nua envolve a determina o do esquema da rede e do valor da tens o nominal Al m disso importante comparar a capacidade das linhas de corrente cont nua com as linhas em corrente alternada de mesma se o transversal relacionando a pot ncia transmitida com o comprimento da linha e dessa forma escolher a melhor solu o do ponto de vista t cnico e econ mico Devem ser considerados tamb m os equipamentos auxiliares necess rios tais como inversores retificadores transformadores para as linhas CA etc para ponderar a melhor solu o Por exemplo uma edifica o que possui um painel de geradores solares e uma liga o na rede da concession ria pode adotar diversas configura es poss veis contando com inversores e retificado
63. o atinge um n vel de especializa o suficiente para operar todos com o devido rigor e desvios podem ocorrer O problema da corre o do fator de pot ncia pode fornecer um bom exemplo das propor es que a an lise pode assumir pois envolve vari vel econ mica e de engenharia para avaliar a viabilidade de uma solu o Nesta regi o de fronteira existem problemas de interpreta o que se refletem na aplica o dos conceitos 34 Iniciando pelo ponto de vista t cnico as express es matem ticas da resolu o 411 assumem alguns postulados normalmente aplicados em eletrot cnica para sistemas que funcionam com forma de onda senoidal Por exemplo a defini o funcional de fator de pot ncia assumida nesta resolu o implica em considerar que a pot ncia aparente corresponde raiz quadrada da soma do quadrado das pot ncias ativa e reativa que deriva do tri ngulo de pot ncias Conforme indicado no cap tulo 4 a defini o do valor da pot ncia reativa n o trivial devido s diferen as na natureza das cargas envolvidas reativos e cargas n o lineares de modo que melhor conhecer o valor da pot ncia aparente e da ativa para determinar o fator de pot ncia Do ponto de vista tecnol gico existem formas de se corrigir o problema que variam em fun o da natureza da carga conforme indicado no cap tulo 4 A composi o operacional de cargas pode atenuar o problema medida que as cargas que apresentam problemas com rela
64. observarmos a evolu o dos indicadores do Brasil comparado ao das regi es administrativas As m dias calculadas a partir dos valores regionais s o maiores do que os respectivos valores apontados para o Brasil Tabela 2 1 Evolu o do DEC por regi o Regi o ano 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Norte 33 78 41 15 4148 51 96 60 99 67 84 768 Nordeste 23 3 22 58 21 41 18 14 18 39 18 72 20 7 Centro oeste 19 51 21 7 19 52 21 5 21 17 2222 19 63 Sudeste 9 56 10 43 9 78 10 19 10 56 13 6 11 43 Sul 16 56 17 46 17 44 17 23 15 66 16 08 14 49 M dia 20 54 22 74 21 93 23 80 25 35 27 69 28 61 Brasil 15 81 16 75 16 04 16 14 16 65 18 77 18 4 Fonte Elabora o pr pria com dados da ANEEL Tabela 2 2 Evolu o do FEC por regi o Regi o ano 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Norte 36 35 40 52 38 08 45 79 45 23 47 27 49 07 Nordeste 15 01 14 44 12 85 12 15 11 12 10 81 11 25 Centro oeste 17 65 184 18 33 18 75 18 87 18 39 15 64 Sudeste 6 98 746 66 666 665 738 66 Sul 13 69 13 85 133 12 97 11 53 11 12 10 52 M dia 17 94 18 93 17 83 19 26 18 68 18 99 18 62 Brasil 12 12 12 53 11 53 11 81 11 37 11 72 11 35 Fonte Elabora o pr pria com dados da ANEEL Nesses gr ficos se observa que h uma consider vel diferen a regional no padr o do fornecimento de energia e mesmo havendo indicadores legais para fiscaliza o h regi es menos favorecidas O ndice geral para o Brasil tende a se alinhar em um n vel pr ximo dos melhores valores
65. obtidos em fun o dos arranjos de circuito Grandeza Ensaio Ensaio Ensaio3 Ensaio 4 Ensaio5 Calculado Tens o V 113 1275 71 71 111 5 10 1275 DHTu 2 5 2 4 6 4 2 3 3 6 2 4 Corrente A 0 446 0 3 0 770 0 127 0 584 0 353 DHTi 25 42 4 121 9 114 7 155 3 x Pot ncia ativa no 50 35 32 9 33 31 86 padr o W Pot ncia reativa no 2 14 44 10 55 31 78 padr o VAr Pot ncia aparente 50 38 55 14 64 45 no padr o VAr Fator de pot ncia 0 998 ind 0 919 0 592 ind 0 674ind 0 512ind 0 71 Pot ncia estimada 48 13 34 14 28 05 4 06 28 74 34 14 pelo medidor de indu o W Erro do medidor 3 74 2 46 12 34 54 89 12 91 7 15 Fonte Autoria pr pria Alguns fatos observados merecem alguma pondera o O ensaio 1 corresponde condi o teoricamente mais favor vel ao medidor com uma carga resistiva formada pela l mpada incandescente sendo portanto a configura o de refer ncia O ensaio 2 foi realizado com um elemento resistivo e um diodo na configura o de retificador de meia onda similar quela estudada no cap tulo 4 Nesta configura o se espera que o circuito apresente um fator de pot ncia igual a 0 71 ou pr ximo segundo os c lculos te ricos do cap tulo 4 Neste caso se observou que tanto o medidor de indu o quanto o padr o indicaram valores pr ximos na pot ncia ativa e o padr o indicou ainda fator de pot ncia 0 92 Esse desvio substancial do valor esperado levou ao estudo da configura o do padr
66. pagamentos anuais calculados taxa de 12 ao ano Essas express es simplificadas t m a virtude de auxiliar de maneira expedita tomada de decis es principalmente para o consumidor leigo particularmente o residencial Entretanto ela pode induzir ao erro pela forma em que apresentada pois n o est claro o que est sendo comparado Essa express o tem origem no c lculo do Valor Presente L quido VPL para v rios fluxos de caixa FC futuros relacionados a TIR Taxa Interna de Retorno Dessa forma a soma do que se pagou nos ltimos 12 meses deve se relacionar ao excedente reativo que o ganho esperado O valor do investimento deve ser pago em dez anos taxa de 12 ao ano A express o para o c lculo da TIR em fun o dos dados dispon veis FCSL l 1 TIR 2 18 Onde FC o fluxo de caixa para t de 1 an TIR a Taxa Interna de Retorno que aquela que iguala o valor presente de todos os fluxos de caixa futuros com o investimento inicial resultando em um VPL 0 e foi definida como 0 12 ou 12 ao ano t o per odo considerado ou seja o ano referido ano 1 ano 2 ano 3 etc n o n mero de per odos que se espera o retorno do investimento no caso 10 anos e Io o investimento inicial em t 0 n 1 O termo T da express o 2 17 a partir dos dados dispon veis calculado por 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 65 a 012 012 0128 01 01 012 01
67. pelos equipamentos Isso feito para permitir a utiliza o de retificadores PFC Power Factor Correction do tipo boost cuja tens o de sa da normalmente maior que na entrada O n vel de tens o depende do estudo do retificador PFC utilizado por m se encontra na literatura o valor de 600V 46 Conversores DC DC associados topologia do circuito podem tornar compat vel a tens o do barramento principal com a tens o das unidades de sa da e de entrada O uso de baterias geralmente n o recomend vel devido ao custo de aquisi o e opera o por m o uso de ve culos el tricos pode viabilizar essa escolha A absor o das flutua es da rede SAG SWELL neste caso deve ser obtida empregando se capacitores por m a estabilidade da tens o deve ser assegurada por um regulador adequado que vinculado ao sistema de controle Por outro lado um sistema operado com bateria pode ser vi vel se os indicadores de qualidade de energia DEC FEC DIC FIC forem muito desfavor veis Por essas considera es preliminares se entende que o estudo da topologia da rede CC influenciado pela tecnologia dispon vel a qualidade da energia recebida pelo consumidor associado ao custo de aquisi o e manuten o dos sistemas e equipamentos A tecnologia dispon vel envolve os equipamentos utilizados nas instala es e sua rela o com a rede levando ao estudo das caracter sticas mais importantes para avalia o dos potenciais e
68. pontos ou seja AQ 34 Combinando as duas express es anteriores 3 3 e 3 4 AW U I At 3 5 E substituindo na express o da pot ncia 3 2 xJ x RR g At 3 6 A unidade de pot ncia o Watt s mbolo W ou VA J s que se pode deduzir das dimens es das vari veis utilizadas nas express es acima an lise dimensional O aparelho que mede a pot ncia o watt metro que tem dois circuitos de medi o um deles o circuito de corrente que se liga como o amper metro ou seja em s rie com a carga O outro o de tens o que se liga como o volt metro ou seja em paralelo com a carga O medidor de pot ncia ser analisado em maiores detalhes no pr ximo cap tulo 66 Mesmo os instrumentos de medi o eletr nicos e micro controladores mais simples n o t m dificuldade para medir o valor da tens o e da corrente cont nua com boa precis o o que uma vantagem econ mica para sua difus o pela rede el trica Al m disso o valor carga da e da energia obtidos pelas express es 3 3 e 3 5 podem ser utilizados no gerenciamento de sistemas de acumula o O sistema operado com tens o e corrente constante pode operar com um sistema de medi o baseado nessas premissas simples Por outro lado a rede el trica atual opera predominantemente com corrente alternada e por isso as defini es utilizadas para corrente cont nua devem ser complementadas para estabelecer um modelo abrangente que caracterize adequadamente a forma
69. que a necessidade de exportar energia para a concession ria seja condi o importante para o propriet rio da instala o necess rio um conversor que permita o fluxo de pot ncia bidirecional absor o senoidal e a regula o da tens o CC O dispositivo sugerido como capaz de atender a todos esses requisitos um conversor comutado for ado atrav s de transistores IGBT Isolated Gate Bipolar Transistor com diodos free wheeling como v lvulas principais 45 A nica limita o dessa configura o que a tens o da se o CC tem de ser suficientemente maior do que o valor de pico da tens o de entrada visando evitar a sobre modula o do conversor Isso implica na utiliza o de valores de tens o maiores do que aqueles normalmente usados na rede de distribui o de BT em CA ou o uso de um transformador apropriado interposto entre o inversor e a rede de distribui o O valor da tens o CC sugerido em estudos anteriores 45 como 800V pode ser muito elevado para algumas cargas e para gera o distribu da de pequeno porte por exemplo sistemas com pain is fotovoltaicos Uma possibilidade criar alimentadores com uma tens o menor que pode ser obtida com a instala o de um condutor neutro representado pela linha tracejada na Figura 6 2 Com essa configura o se a soma das cargas entre um p lo e o neutro n o for compat vel com a soma das cargas entre o outro p lo e o neutro as duas tens es p lo neu
70. que se observa na opera o do sistema de pot ncia interligado Este sistema de controle constitui um ponto cr tico no sistema na medida que a falha deste poderia paralisar as opera es No entanto se for respeitada a premissa de estabilidade da tens o do barramento principal CC o sistema pode ser coordenado pelo n vel de tens o Podem ser estabelecidos n veis de tens o que determinariam a opera o de determinada fonte desde que a varia o entre esses n veis seja compat vel com os dispositivos envolvidos Por exemplo o maior n vel de tens o poderia ser ajustado para uma fonte renov vel um n vel menor para a concession ria e o menor para um sistema de baterias Quando a fonte renov vel opera dentro de sua capacidade um sistema autom tico controlado por tens o pode conectar ao barramento principal Esse n vel de tens o inibe a conex o com a rede da concession ria e sinaliza para carga da bateria se necess rio Da mesma forma pode haver a coordena o com a rede da concession ria e a bateria na falta da fonte renov vel Como esse circuito opera em corrente cont nua o ato de implementar fisicamente os elementos de controle relativamente simples e admite varias hip teses No caso de extrema simplicidade a fonte renov vel e a rede da concession ria podem ser ligadas respectivamente atrav s de um diodo Dessa forma somente a fonte com maior n vel de tens o fornece energia ao barramento CC 146 Supondo
71. vel A partir da resolu o dos problemas b sicos os medidores inteligentes podem desempenhar um conjunto de fun es avan adas al m da medi o dos par metros de pot ncia e energia tais como leitura e comunica o autom ticas localiza o remota de perda de dispositivo da rede auxiliar a aloca o de cargas segundo crit rios tarif rio sazonal auxiliar na estimativa de vida til de equipamentos como transformadores de distribui o em fun o da carga a que foram submetidos etc Uma infra estrutura avan ada de medi o oferece a possibilidade para servi os energ ticos relacionados tais como o gerenciamento pelo lado da demanda e a realiza o das usinas el tricas virtuais Deposita se o futuro da medi o inteligente fortemente nas pol ticas e decis es dos governos envolvidos Economia de energia e aumento da seguran a do suprimento ser o 126 os principais impulsionadores da rede inteligente como meio de atingir esses indispens veis objetivos 40 A medi o inteligente envolve a instala o do medidor inteligente na resid ncia e a leitura regular processamento e realimenta o dos dados de consumo para o consumidor Um medidor inteligente deve ter as seguintes capacidades q O registro em tempo real ou o mais pr ximo disso do uso da eletricidade e poss vel gera o local por exemplo no caso de c lulas solares q Oferecer a capacidade de leitura local e remota sob demanda q Limitar a energi
72. 0 Os valores foram aplicados a um medidor eletromec nico monof sico uma fase dois fios classe dois faixa de tens o nominal de rede 110 a 127V freq ncia 60 Hz faixa de corrente de 0 75 a 60 A corrente nominal 7 5 A corrente de partida 0 3 A constante do registrador 1 0 Ah unidade constante de aferi o 0 01 Ah pulso n mero de elementos 1 classe de exatid o 0 5 As conclus es apontadas pelo trabalho 37 para esses dados indicavam que um medidor de energia de indu o pode apresentar elevado erro instrumental quando submetido a condi es harm nicas Quando somente a corrente era distorcida associada a pequenos ngulos de defasagem em rela o tens o os erros eram toler veis e compat veis com a classe de exatid o do medidor Por m a deforma o do sinal de tens o e ou ngulos de defasagem elevados podem conduzir a erros intoler veis 118 Isso indica que o medidor que opera por indu o apresenta dificuldade em indicar a pot ncia ativa que se dispersa pelo espectro de fregii ncias que ocorre quando a onda de tens o tamb m se deforma Al m disso se o ngulo de defasagem da fundamental elevado associado deforma o da tens o pode significar que uma parte consider vel da pot ncia se dispersa nessas harm nicas Tamb m se observa que nesses casos o valor indicado no medidor de indu o sempre menor que o do padr o Entretanto se espera que em uma instala o bem dimensionada n o ocorr
73. 0 Deg 100 EJ 12 00 All AA 17 30 Ca ma 12 01 a A Ds Figura 6 13 Circuitos utilizados para compara o dos alimentadores Fonte Autoria pr pria O motivo de utilizar essas configura es de circuito que a primeira representa um circuito trif sico sem neutro do tipo utilizado em motores e a segunda representa uma fonte de corrente cont nua sim trica VCC 0 VCC mais adequada opera o de inversores de frequ ncia do tipo que aciona motores trif sicos de indu o Para simplificar a compara o inicial foi considerada somente a pot ncia ativa sem demasiado preju zo para as conclus es Iniciando pelo crit rio da capacidade de condu o de corrente poss vel comparar os dois circuitos atrav s da rela o entre as pot ncias m ximas transmiss veis pela linha CA e pela linha CC na configura o descrita A pot ncia m xima que uma linha CA formada por tr s condutores pode fornecer para uma dada se o de condutor dada para um alimentador trif sico sem condutor neutro que alimenta um circuito equilibrado igual a 161 Poa m x 43 Ur IL coso 6 1 Onde U a tens o de linha 7 a corrente de linha que para esse c lculo corresponde a corrente nominal do condutor e cos q o fator de pot ncia Utilizando a mesma linha alimentada por uma fonte sim trica com tens o cont nua e valor igual ao valor eficaz da tens o de linha Uz temos uma pot ncia m xima fornecid
74. 08 15 Os locais onde ocorrem os aproveitamentos do potencial hidr ulico geralmente se encontram longe dos centros consumidores Por isso a energia el trica tem de vencer grandes dist ncias atrav s das linhas de transmiss o para alcan ar o consumidor A perda de energia nos condutores das linhas de transmiss o diretamente proporcional ao comprimento dos condutores e ao quadrado do valor da corrente Por outro lado a pot ncia transmitida pela rede el trica proporcional ao produto da tens o pela corrente e atrav s da combina o dos valores de ambos poss vel diminuir as perdas Com isso se utilizam tens es mais altas e correntes mais baixas para uma mesma pot ncia transmitida pela linha Na realidade o valor da tens o limitado pelas perdas no diel trico e pelos custos com os dispositivos de isolamento que devem ser instalados em estruturas torres muito altas Al m disso o custo das subesta es transformadoras e de manuten o do sistema para alta tens o tamb m elevado Se o n vel da tens o de trabalho n o fundamentado economicamente as despesas adicionais podem resultar superiores economia devido diminui o da perda por aquecimento nos condutores Nos projetos de abastecimento de energia el trica a tens o de trabalho escolhida por um lado de acordo com o custo do equipamento el trico e por outro lado de acordo com o custo da energia el trica nesta regi o Pode considerar se muito apr
75. 24 1 0122 1 0 12 1 0 12 2 19 Com isso a express o 2 18 se torna FCt Io 0 17698 2 20 36 Comparando as duas express es 2 17 e 2 20 constatamos que o investimento inicial Jo corresponde ao valor or ado pelo servi o P O valor de A associado ao fluxo de caixa FC e corresponde ao gasto anual com o excedente reativo Para que a contrata o do servi o de corre o do fator de pot ncia seja vantajosa economicamente necess rio que o valor de A seja menor do que o valor pago nos ltimos doze meses como excedente reativo Essa constata o varia em fun o das premissas assumidas como aceit veis para definir a vantagem econ mica o valor da taxa de retorno e a s rie uniforme de dez pagamentos anuais Essas duas vari veis n o levam em conta o benef cio proporcionado pelo investimento uma vez que o trabalho realizado n o levado em conta pois n o existe nenhuma vari vel para quantifica lo Outras formas de avalia o podem levar em conta maior n mero de vari veis para um estudo que envolve a tecnologia empregada para solucionar o problema o benef cio esperado al m das vari veis econ micas Do ponto de vista tecnol gico a corre o do fator de pot ncia de cada equipamento uma forma relativamente simples do ponto de vista do controle As cargas lineares geralmente indutivas precisam de capacitores calculados especificamente para compensa o de reativos J as cargas n o lineares na maiori
76. 40 00 60 00 80 00 100 00 Rela o entre energia consumida no hor rio de ponta mais patamar intermedi rio e energia total Figura 2 6 Percentual de redu o da fatura em fun o do perfil de consumo Fonte SAD ANEEL 07 2010 na Nota T cnica n 362 2010 SER SRD ANEEL 06 12 2010 A partir do gr fico exibido na Figura 2 6 se pode observar algumas rela es interessantes Quando kz maior que 0 6 existem casos no qual a fatura branca supera a tarifa convencional ou seja a rela o entre as tarifas maior que 100 Dependendo da orienta o adotada atrav s de kz o benef cio da tarifa branca somente ser alcan ado por um maior deslocamento de cargas dos hor rios de ponta Por exemplo se kz igual a 0 6 no m ximo 60 da energia pode ser consumida no hor rio de ponta mais patamar intermedi rio para que a rela o entre a tarifa branca e a tarifa convencional seja um ou 100 Se kz igual a 0 4 toda a energia pode ser consumida no hor rio de ponta mais patamar intermedi rio o que resulta em uma rela o de aproximadamente 80 favor vel tarifa branca Podem ser realizados v rios estudos a parir dessas premissas que envolvem o deslocamento de cargas O efetivo deslocamento das cargas vai depender dos recursos dispon veis e o custo de implementa o comparado economia com a tarifa de energia Os artigos 128 e 129 tratam sobre a abrang ncia dessa proposta tarif ria A modalidade tarif ria branca opcion
77. 6 0V Corrente 199mA FDP 0 58 cap THDI 108 4 THDU 1 9 Fonte Autoria pr pria Para corrigir o fator de pot ncia da l mpada foi utilizado um filtro passa baixa formado por um indutor vari vel O indutor utilizado foi um autotransformador de rela o vari vel utilizado em laborat rios e conhecido como Variac Esse indutor foi ligado em s rie com a l mpada com a finalidade de isolar as harm nicas superiores da rede atrav s da imped ncia intercalada que aumenta com a frequ ncia O indutor foi ajustado at que o fator de pot ncia ficasse o mais pr ximo de um e isso ocorreu em um ponto espec fico da escala Acima e abaixo deste valor o fator de pot ncia ficava aqu m do ponto timo Os valores medidos para o conjunto da l mpada fluorescente compacta com filtro foram conforme se observa na Tabela 4 3 97 Tabela 4 3 Valores medidos na LFC com filtro variac Pot ncia Tens o de alimenta o Corrente FDP THDI THDU 14W 129 3V 119mA 0 97 ind 18 9 1 5 Fonte Autoria pr pria Neste caso se observa que o fator de pot ncia subiu e o THDI distor o harm nica total de corrente diminuiu Isso coerente com a an lise anterior que apontou a diminui o da distor o como meio para corrigir o fator de pot ncia nesses casos Para comprovar o funcionamento do filtro foi utilizada uma outra carga representada pela unidade central de processamento sigla em ingl s CPU de um compu
78. Benedicto Luiz Fontes de alimenta o lineares chaveadas S o Paulo Eltec 1994 37p PALMA Guilherme Rebou as da Eletr nica de pot ncia S o Paulo rica 1994 259p ZHAO Yiging Single phase power factor correction circuit with wide output voltage range Blacksburg 1998 110p Disserta o Mestrado em Energia Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg 1998 HUBER L JANG Y JOVANOVIC M M Performance Evaluation of Bridgeless PCF Boost Rectifiers IEEE Transactions on Power Delivery v 23 n 3 Mai 2008 MUSAVI F EBERLE W DUNFORD W G Efficiency evaluation of single phase solutions for AC DC PFC boost converters for plug in hybrid electric vehicule battery charges 52 53 54 55 56 57 184 NDIAYE Mamour Sop Modelagem de cargas n o lineares por fontes de corrente sincronizadas Rio de Janeiro 2006 130p Disserta o Mestrado em Engenharia El trica Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE Rio de Janeiro 2006 COTRIM Ademaro Manual de Instala es El tricas 2 ed S o Paulo McGraw Hill do Brasil 1985 p 64 67 MIRANDA Reis Instala es El triccas Industriais S o Paulo Edi o do autor 1994 p 4 3 SEMIKRON Power semiconductor handbook Hertfordshire England 1980 276p MUSSOI F L R Sinais Senoidais tens o e corrente alternadas 3 ed Florian polis CEFET SC 2006 p 126 TRINDADE R H L Estudo das cara
79. Energ tica de Bras lia CEB fornecidos a revista gtd pelo gerente de medi o e fiscaliza o Vagner Camilo Fernandes em 2008 o grupo A era respons vel por 40 do faturamento da empresa O uso da telemetria come ou em 2007 e em 2008 haviam 400 medidores monitorados havendo a previs o para anexar outros 1475 41 127 No caso dos medidores de m dia e baixa tens o as concession rias estavam iniciando os primeiros projetos piloto para aplicar a telemetria com objetivo de combater o furto de energia Ainda em 2008 o superintendente de regula o e comercializa o da Aneel Ricardo Vidinich destacou que s o nas aplica es de combate ao furto de energia que os medidores eletr nicos com canal de comunica o t m se mostrado vi vel Segundo ele o uso de medidores eletr nicos chegou a reduzir as perdas com furto em 50 em alguns casos da baixa tens o 41 A Ampla reduziu as perdas totais com energia em baixa tens o em 4 73 no per odo de dezembro de 2003 a agosto de 2008 Nessa poca ela possu a 474 mil clientes sendo 298 mil faturados eletronicamente Quando n o se trata de combate ao furto de energia el trica as aplica es da telemetria pouco ocorrem pois n o h retorno do investimento O custo com a leitura manual dos medidores n o justifica a implanta o dos equipamentos com fun es mais avan adas de comunica o 41 O engenheiro de manuten o eletroeletr nica da CEMIG Ant nio C sar Ara jo de
80. Iac_ eficaz 50 0 97 40 5W 4 79 2 O valor da pot ncia oriunda da componente alternada calculado pelo produto da resist ncia pelo valor eficaz da corrente elevado ao quadrado Pac R Le R lic 50 1 09 59 4W 4 80 A soma destas componentes corresponde pot ncia ativa do circuito O fator de pot ncia pode ser calculado pela rela o do valor obtido em 4 78 valor de P com o obtido em 4 77 valor de S 87 S M 4 81 E poss vel calcular o valor da componente harm nica fundamental de corrente I aplicando a express o deduzida para a pot ncia ativa P Vi li cosqi 4 82 Considerando que o valor eficaz da onda fundamental tens o igual tens o da fonte senoidal de 100V o fator de pot ncia unit rio na carga resist ncia e que a pot ncia ativa do circuito de 100W o valor eficaz da componente harm nica fundamental de corrente calculado atrav s da express o 4 82 igual a 1 00 A Baseado na premissa que a tens o da fonte n o se deforma pelo efeito da carga somente a harm nica fundamental produzir pot ncia ativa no sistema isso se explica a seguir no sinal decomposto O produto da componente cont nua pela sen ide de tens o da rede resulta em um sinal alternado sim trico cujo valor m dio nulo Por outro lado o produto da ondula o resultante da somat ria das outras harm nicas pela sen ide da tens o tamb m produz uma onda sim trica cujo valor m dio nulo A Fig
81. Os watt metros digitais empregam v rias t cnicas para amostrar as ondas de tens o e corrente e assim representar a varia o instant nea da pot ncia De modo diverso dos instrumentos anal gicos a tecnologia digital apresentada ao usu rio como uma caixa preta possivelmente motivada pelas varia es das t cnicas de amostragem e os direitos de propriedade e patentes Entretanto alguma informa o ainda obtida pela pesquisa em dados de cat logo e textos acad micos e relativos a patentes 105 Por exemplo a figura 5 2 ilustra o diagrama de bloco de um watt metro digital do fabricante Yokogawa Ele se comp e de tr s unidades de medi o uma para cada fase de um circuito trif sico Cada unidade de medi o composta de uma se o de entrada input section placa RMS RMS board placa A D AD board placa CPU CPU board etc rias Board Range Detection Ve eme To Input Sections 2 3 Figura 5 2 Diagrama de bloco de watt metro YEW Fonte YEW O princ pio de funcionamento desses equipamentos envolve uma s rie de condicionamentos da amostra de sinal que representa a grandeza medida tens o ou corrente Iniciando pelo circuito de tens o retirada uma amostra de sinal do circuito a ser medido que introduzido na entrada correspondente do watt metro digital Isso pode ser feito diretamente se estiver dentro do alcance do aparelho ou indiretamente atrav s de transformador
82. Para efeito de estudo aplicado desses filtros importante eleger alguma carga representativa para as simula es As l mpadas fluorescentes compactas s o um exemplo de cargas n o lineares interessantes para o estudo da corre o do fator de pot ncia devido a sua dissemina o nas instala es el tricas e o fato deste tipo de carga representar o comportamento da maioria dos equipamentos eletr nicos Atualmente existem dois grupos principais de filtros os ativos e os passivos Os filtros passivos s o constitu dos de indutores e capacitores ligados de tal forma a eliminar as frequ ncias prejudiciais ao bom desempenho energ tico da instala o Representam uma classe de filtros bastante diversificada pois permite uma grande 96 possibilidade de liga es e por isso abrange desde os filtros simples at os mais complexos Uma aplica o emp rica para um filtro passivo LC na corre o do fator de pot ncia de uma l mpada fluorescente compacta LFC Esse tipo de l mpada que apresenta um timo rendimento luminoso traz consigo o inconveniente de possuir um fator de pot ncia baixo A l mpada utilizada nos experimentos possui as seguintes caracter sticas nominais pot ncia nominal 15W tens o nominal 127V corrente nominal 235 mA fregii ncia nominal 50 60 Hz e fator de pot ncia maior que 0 5 Os valores medidos para essa l mpada foram Tabela 4 2 Valores medidos na LFC Pot ncia 14W Tens o de alimenta o 12
83. UNIVERSIDADE DE S O PAULO PROGRAMA DE POS GRADUA O EM ENERGIA EP FEA JEE IF LUIS EDUARDO CAIRES APLICA O DE REDES INTELIGENTES NAS INSTALA ES ELETRICAS RESIDENCIAIS S O PAULO 2012 LUIS EDUARDO CAIRES APLICA O DE REDES INTELIGENTES NAS INSTALA ES EL TRICAS RESIDENCIAIS Disserta o apresentada ao Programa de P s Gradua o em Energia da Universidade de S o Paulo Escola Polit cnica Faculdade de Economia e Administra o Instituto de Eletrot cnica e Energia Instituto de F sica para a obten o do t tulo de Mestre em Ci ncias Orientador Prof Dr Geraldo Francisco Burani Vers o Corrigida vers o original dispon vel na Biblioteca da Unidade que aloja o Programa e na Biblioteca Digital de Teses e Disserta es da USP S O PAULO 2012 AUTORIZO A REPRODU O E DIVULGA O TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETR NICO PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA DESDE QUE CITADA A FONTE FICHA CATALOGR FICA Ca res Luis E Aplica o de redes inteligentes nas instala es el tricas residenciais Luis Eduardo Caires orientador Geraldo Francisco Burani S o Paulo 2012 276 f il 30 cm Disserta o Mestrado Programa de P s Gradua o em Energia EP FEA IEE IF da Universidade de S o Paulo 1 Eletrot cnica 2 Sistemas el tricos de pot ncia 3 Automa o 4 Instrumenta o de medidas el tricas I T tulo SUM
84. Utilizando a mesma defini o do valor eficaz poss vel calcular o valor da corrente e da tens o e com o produto deles determinar a pot ncia aparente 75 2 O valor da pot ncia aparente afetado pelas deforma es harm nicas na corrente e tende a subir com o aumento destas Desta forma o fator de pot ncia tende a cair com as deforma es harm nicas pois se considera que o trabalho til representado pela pot ncia ativa seja praticamente fixo 4 2 4 A pot ncia instant nea e a ativa em circuitos com tens o senoidal e corrente n o senoidal Sabendo como se determina o valor eficaz da corrente e da tens o podemos determinar o valor da pot ncia aparente O outro valor utilizado no c lculo do fator de pot ncia a pot ncia ativa cujo valor j foi indicado para o caso senoidal de freq ncia nica Para manter a forma senoidal das curvas das correntes e tens es alternadas e impedir o seu afastamento da forma senoidal nos sistemas el tricos se tomam v rias medidas Por m diversos dispositivos tais como transformadores operando em vazio circuitos eletr nicos e outros aparelhos esses desvios da forma harm nica s o criados pelo seu processo b sico de funcionamento 28 Geralmente esses dispositivos afetam a forma de onda da corrente muito mais do que a da tens o Por isso poss vel considerar para a avalia o da pot ncia a condi o de tens o senoidal de freq ncia nica fandamental correspon
85. a 94 A forma de onda da corrente que percorre a carga abrange os dois semiciclos e por isso as express es definidas pelos componentes da s rie de Fourier utilizadas nos c lculos s o diferentes 2 Im Im Toc Toc eficaz J Te 2 4 89 A tens o de sa da do retificador de meia onda tem forma similar da corrente e por isso as express es matem ticas utilizadas para caracteriza la s o semelhantes m Um UDC m dia a Upc eficaz 5 Te 2 4 90 Essas express es permitem o c lculo do fator de pot ncia desse retificador A pot ncia ativa calculada pelo produto dos valores eficazes da tens o e da corrente na sa da do retificador A pot ncia aparente calculada pelo produto do valor eficaz da tens o da fonte senoidal pelo valor eficaz da corrente de sa da da mesma Devido liga o s rie do circuito o valor eficaz da corrente o mesmo na entrada e sa da do circuito retificador e isso permite simplificar a express o para obter uma rela o de tens es FP a P Ubpc eficaz Joc eficaz S Uac eficaz Jc eficaz 4 91 Como Joc eficaz Lc eficaz FP 2 Upc_ eficaz Uac eficaz 4 92 e 4 93 Onde Uac eficaz O valor eficaz da tens o da fonte senoidal Inc efica O valor eficaz da corrente na sa da da fonte de corrente alternada senoidal e neste caso igual ao valor eficaz da corrente retificada Ipc eficaz FP o fator de pot ncia da carga n o linear que abrange o d
86. a igual a Pcc m x 2 UL I 6 2 Calculamos a rela o das pot ncias m ximas chegando a conclus o que na melhor hip tese carga com fator de pot ncia unit rio a linha CC tem capacidade 15 maior do que a linha CA com os mesmos condutores no alimentador Se o fator de pot ncia da carga CA for menor a diferen a em capacidade maior em favor da linha CC Al m disso o condutor comum da linha CC que corresponde ao neutro pode ter se o reduzida pois no caso do circuito equilibrado a corrente neste condutor nula O segundo crit rio para an lise a queda de tens o m xima admiss vel e depende do comprimento do alimentador A rela o funcional para estabelecer essa depend ncia a imped ncia por unidade de comprimento que uma caracter stica b sica dos alimentadores cujo valor geralmente n o indicado diretamente nos cat logos dos fabricantes de cabos O valor indicado normalmente a queda de tens o sobre o produto do comprimento pela corrente no alimentador que muito restrito para esse estudo Os valores de imped ncia que fundamentam a an lise da queda de tens o tamb m servem como base para a an lise dos efeitos da corrente de curto circuito 6 5 A imped ncia da linha O estudo da queda de tens o nas instala es til por dois aspectos O primeiro deles determinar a m xima pot ncia que pode ser transmitida pelo alimentador sem que ocorra uma queda de tens o excessiva O segundo as
87. a por exemplo pain is solares poderiam ser utilizados para bombear gua nos edif cios durante o dia Existem equipamentos que dependem diretamente da eletricidade para exercer sua fun o tais como as l mpadas el tricas computadores e aparelhos eletr nicos de modo geral Para esses equipamentos necess rio armazenar a energia em acumuladores cuja opera o seria complexa para o ambiente residencial al m dos custos associados Neste caso os ve culos el tricos podem ser uma solu o para prover os meios necess rios para o gerenciamento de energia Devido s muitas vari veis que podem ser consideradas no projeto das instala es el tricas residenciais automatizadas uma proposta de aplica o pode sistematizar o trabalho 175 Na base de tudo isso est o os chamados medidores inteligentes que podem executar fun es adicionais em rela o aos medidores eletrodin micos cl ssicos que sup e que devam substituir Essa tecnologia beneficiada pelos avan os da eletr nica em particular dos micro controladores e sistemas de aquisi o de dados depende da aplica o irrepreens vel da teoria associada a medi o de pot ncia e energia posto que eles operam na base de algoritmos de computador A partir da premissa de que os valores obtidos das medi es s o confi veis ainda h que se definir mais precisamente o seu uso pr tico nos sistemas autom ticos tanto do lado da concession ria quanto pelo lado do consumid
88. a cada dez minutos O valor da multa multiplicado por 100 corresponde ao percentual a ser acrescentado no valor da energia consumida no intervalo da amostra uma hora Por exemplo existem momentos em que se acrescentam 40 ao valor da energia consumida no per odo mas no entanto a demanda nesses casos relativamente baixa MULTA amp POT NCIA ATIVA pot ncia e multa pu amostra x 10 min multa POT NCIA ATIVA PU Li T L Figura 5 12 Varia o da pot ncia ativa e excedente reativo Fonte Autoria pr pria Medidas operacionais simples podem ser adotadas como a combina o de sensores de presen a e controladores hor rios em lumin rias com baixo fator de pot ncia Nos 131 hor rios de menor demanda essas cargas que geralmente s o destinadas a manter um n vel m nimo de ilumina o ambiente para o tr nsito seguro de pessoas podem ser desligadas de modo seletivo Nesses casos um controlador hor rio mant m ligada a carga base de ilumina o nos hor rios de pico pois se sup e que h maior fluxo de pessoas no local e nos hor rios de menor consumo o sensor de presen a aciona as lumin rias somente quando necess rio Dessa forma o consumo nos momentos em que o fator de pot ncia menor se reduz sendo uma forma de contornar o problema pois o excedente reativo tamb m fun o do consumo de energia ativa Por outro lado nos momentos de ponta o
89. a concession ria haveria um curto circuito com atua o da prote o do ramal de entrada do consumidor N o haveria tens o significativa induzida no lado de m dia tens o do transformador de distribui o associado A conclus o que existe um interesse manifesto no deslocamento da demanda residencial por energia el trica com a finalidade de ceifar os picos Para isso importante armazenar energia pois o h bito de consumo nem sempre pode ser modificado A automa o fundamental pois os usu rios s o leigos A instala o el trica deve controlar automaticamente v rias fontes de energia de modo coordenado e seguro necess ria a elabora o de sistemas de controle especialistas e as instala es devem ter a capacidade de operar de maneira aut noma mesmo na falta destes situa o de emerg ncia J existem na ind stria sistemas e elementos que podem ser utilizados para consolidar a automa o no ambiente residencial 178 Tudo isso in til se n o houver um incentivo que compense o investimento e coordena o do sistema para que seja eficaz Esse incentivo e coordena o dependem da moderniza o do parque de medidores A moderniza o do parque de medidores depende da confian a depositada nesses equipamentos e das suas capacidades instaladas N o existem procedimentos normalizados mas muitos experimentos realizados A solu o adotada para cada instala o deve ser feita sob medida e os procedimentos nor
90. a das vezes precisam de filtros para a corre o do fator de pot ncia que podem ser passivos ou ativos Os filtros passivos s o mais simples por m n o se adaptam bem a varia es nas condi es da carga Os filtros ativos s o mais complexos e sofisticados e por isso se adaptam melhor a varia es na carga por m s o mais caros A aplica o desses filtros varia portanto em fun o da solu o t cnica mais econ mica o que implica na compreens o da tecnologia e da an lise econ mica do projeto O cap tulo 4 apresenta os m todos para corre o do fator de pot ncia bem como a filosofia de an lise das alternativas t cnicas As an lises econ micas do investimento envolvem diversas vari veis sendo que as vari veis f sicas como a pot ncia ou a energia deve se traduzir em custos Isso geralmente envolve o custo da energia em unidades monet rias por kilowatt hora ou outras unidades similares na raz o capital investido sobre trabalho produzido Com isso a solu o a ser adotada se baseia em fatores t cnicos e econ micos simultaneamente que interagem para determinar a melhor escolha em fun o das circunst ncias encontradas Por exemplo partindo se da premissa arbitr ria de que a melhor solu o para a corre o do fator de pot ncia em uma instala o com uma l mpada fluorescente compacta de 15W o 37 filtro passivo LC formado por um reator e um capacitor conforme descrito no cap tulo 4 poss vel se
91. a de excedente reativo A composi o da tarifa do ponto de vista dos par metros t cnicos seria em princ pio transparente do ponto de vista da medi o da energia derivada da pot ncia ativa ou seja a energia efetivamente consumida para realizar trabalho Por outro lado e por se tratar de uma grandeza auxiliar a pot ncia reativa e por consegii ncia a energia reativa traz consigo problemas conceituais na sua caracteriza o f sica A filosofia de cobran a estima para o excedente reativo um valor correspondente de consumo O valor correspondente de consumo calculado considerando uma carga ativa equivalente ao valor da pot ncia aparente e deste valor se desconta a pot ncia ativa consumida e se obt m o valor do excedente Como princ pio geral se considera um 33 hipot tico consumidor do excedente para efeitos de compensa o financeira Entretanto em termos f sicos n o h transfer ncia substancial de energia para o consumidor pois os elementos reativos quando muito apenas armazenam uma quantidade finita desse insumo Afora a quest o f sica a multa cobrada fun o do mau aproveitamento do sistema e visa incentivar o consumidor a melhorar a qualidade de seus equipamentos Na composi o da tarifa para os consumidores enquadrados no artigo 96 se observa que os dados fornecidos para a energia ativa e reativa correspondem ao total integralizado no m s A forma com que esses valores s o estimados implica em uma ta
92. a expans o futura j previsto neste padr o aberto TEC61850 visando acompanhar os avan os da tecnologia atrav s de extens es de bays ou fun es Esta norma estabelece um padr o universal e avan ado para comunica o orientado a sistemas de automa o de subesta es e seus aspectos tais como 26 q Recomenda es para gerenciamento de sistemas e projetos q Modelo de dados de dom nio espec fico incluindo regras para extens o funcional q Servi os do sistema de dom nio espec fico q Linguagem de configura o da subesta o e 57 q Testes de conformidade Para isso ela estruturada em diversas partes visando cada t pico espec fico e que permite uma abordagem praticamente completa no que se refere aos sistemas de automa o de subesta es o que uma parte consider vel das chamadas redes inteligentes Logicamente muitos elementos desse sistema s o compat veis com outras aplica es em sistemas de prote o coordenados permitindo que seu uso possa se disseminar para micro redes e para as instala es el tricas de baixa tens o segundo a necessidade Mesmo que n o se adote padr o t o sofisticado para as aplica es mais modestas os princ pios apontados nesta norma podem orientar o projeto em v rios n veis da rede inteligente Em resumo o aspecto de prote o das redes inteligentes abrange desde a prote o intr nseca dos equipamentos nela conectados os chamados dispositivos inte
93. a fonte de controle Na figura 6 8 se observa que a forma de onda na sa da do retificador em regime cont nuo tem uma envolt ria muito pr xima da senoidal aproximadamente em fase com a tens o da rede Considerando a presen a do retificador em ponte o sinal de corrente observado pelo lado da fonte de corrente alternada apresentar as devidas altern ncias pelo efeito comutador dos diodos e como est em fase o fator de pot ncia resultante elevado Atualmente as fontes utilizadas nos microcomputadores s o do tipo chaveado geralmente sem compensa o do fator de pot ncia cujo aspecto externo se encontra na figura a seguir 156 Figura 6 9 Exemplo de fonte chaveada utilizada em computadores Fonte Autoria pr pria O estudo dos circuitos t picos desses equipamentos revela muita semelhan a entre os diversos fabricantes com utiliza o de componentes e circuitos similares Al m disso outros equipamentos como televisores e carregadores de celular tem suas fontes que funcionam no mesmo princ pio A configura o t pica de entrada dessas fontes permite que elas sejam ligadas a corrente cont nua com valor compat vel com o nominal em corrente alternada Isso uma vantagem ao se pensar em uma rede em corrente cont nua pois os equipamentos existentes podem ser utilizados sem nenhuma adapta o dependendo dos par metros da rede CC A medi o do fator de pot ncia de um computador que emprega esse tipo de font
94. a grande distor o no sinal de tens o e que as pot ncias de cargas residenciais sejam mais modestas de modo que os ensaios nessas condi es s o mais interessantes para esse trabalho Com a finalidade de compreender melhor e luz do trabalho precedente foram executadas algumas experi ncias com um medidor de indu o um medidor eletr nico e cargas normalmente encontradas nas instala es el tricas conforme descri o a seguir Esse tipo de configura o de carga tipicamente associado a aparelhos eletr nicos que possuem fontes formadas por retificadores e filtros em configura o similar a da figura a seguir Ensaio 1 L mpada incandescente com pot ncia nominal 60W e tens o nominal 127V Ensaio 2 Retificador de meia onda alimentando l mpada incandescente de pot ncia nominal 60W e tens o nominal 127V Ensaio 3 Retificador de meia onda alimentando l mpada incandescente de pot ncia nominal 60W e tens o nominal 127V ligada em paralelo a um capacitor de 500uF Ensaio 4 L mpada fluorescente compacta de pot ncia nominal 11W e tens o nominal 127V Neste ensaio existe a dificuldade de medi o pois a corrente muito baixa face sensibilidade projetada para esse tipo de medidor o que pode ser uma significativa fonte de erro Ensaio 5 Retificador de meia onda alimentando l mpada incandescente de pot ncia nominal 60W e tens o nominal 220V ligada em paralelo a um capacitor de 500uF 119 Tabela 5 2 Dados
95. a m dia ent o 1 1 P Vo tlo Vim ImcosQqi Voam Iomcosq da Ismcosqs 2 2 2 4 38 11 Onde q o ngulo da imped ncia equivalente do circuito na velocidade angular ny em radianos por segundo e Vm Inm s o os valores m ximos das respectivas fun es senoidais de tens o e corrente Observa se tamb m que tens o e corrente de frequ ncias diferentes n o contribuem para a pot ncia m dia de modo que cada harm nico atua de modo independente na composi o da pot ncia ativa Considerando que a forma de onda de tens o da rede normalmente n o afetada pela carga n o linear somente existe a fundamental Vim e por isso todos os valores da componente cont nua Vo e as harm nicas superiores V n 1jm s o nulos A partir dessa premissa a express o da pot ncia ativa pode ser simplificada para P E IimcosQ1 2 4 39 Os valores eficazes da tens o e corrente senoidal se relacionam com os valores m ximos atrav s das seguintes express es Vim I Im Vi h V2 e 2 4406441 Substituindo ent o teremos Vi 1 cosqi 1 Vim Tim P Vim lincospi cospi 2 2 v2 4 42 Conhecendo os componentes fundamentais da tens o e da corrente e o ngulo de defasagem entre as respectivas ondas poss vel calcular a pot ncia ativa mesmo em circuitos com cargas n o lineares alimentadas por fonte senoidal de tens o Essa propriedade pode ser aproveitada na an lise de circuitos el tricos q
96. a na atividade de distribui o de energia el trica no Brasil Rio de Janeiro 2006 98p Tese Doutorado em Energia Universidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro 2007 PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVA O DE ENERGIA EL TRICA Manual de tarifa o da energia el trica Rio de Janeiro Procel 2001 44p KAMADA Marcelo Maramatsu BOEIRA MarcosVinicius An lise de modalidades tarif rias e suas aplica es para smart grids Curitiba 2011 66p Monografia Engenharia El trica Curso de Engenharia El trica Setor de Tecnologia Universidade Federal do Paran Curitiba 2011 AG NCIA NACIONAL DE ENERGIA EL TRICA Estrutura tarif ria para o servi o de distribui o de energia el trica sinal econ mico para baixa tens o 1 Bras lia ANEEL 2010 Nota T cnica n 362 2010 SRE SRD ANEEL MALTLM G Mathematics and physics in engineering AIEE Transactions of the v 58 p 38 40 Fev 1939 21 22 23 24 25 26 2T 28 29 30 31 181 BURINI Jr Elvo Calixto CAUVILLA Pedro R SAUER Ildo Lu s An lise econ mica de alternativas para ilumina o IEF USP 1993 MONIZZA Giuliano et al A futura infra estrutura das redes inteligente Eletricidade Moderna ano 39 n 443 p 92 99 fev 2011 ALMEIDA Rafael M ximo de Almeida Sistema SCADA e aplica o Fortaleza 2009 68p Monografia Engenharia El trica Curso de Engenharia El trica Setor de Tecnologia Unive
97. a que passa pelo medidor em casos extremos cortar a eletricidade do consumidor q Interconex o com redes e dispositivos por exemplo gera o distribu da q Capacidade de se integrar com outros medidores de outras redes por exemplo g s gua Partindo da premissa que tecnologicamente n o h obst culos para a introdu o do medidor inteligente se acrescenta o argumento de que ele o sucessor l gico do modelo eletromec nico tal como o toca disco o telefone e a m quina de escrever foram substitu dos por alternativas mais inteligentes 40 O interesse pelos medidores inteligentes no exterior motivado pela necessidade de maximizar a efici ncia energ tica em fun o de suas fontes prim rias de energia No Brasil onde ainda existe predomin ncia do uso do potencial hidr ulico o interesse maior pela capacidade de monitorar policiar o sistema associado s perdas de receita N o existe nada implantado no Brasil que utilize o conceito de Smart Grids O que existe Smart Metering ou seja a medi o eletr nica avan ada conforme explica o do presidente da Associa o de Empresas Propriet rias de Infra Estrutura e de Sistemas Privados de Telecomunica es Aptel Pedro Jatob para a revista GTD em 2008 41 Nos consumidores do grupo A alta tens o a medi o digital com telemetria j existe pois as perdas comerciais podem ser muito altas o que viabiliza a telemetria Segundo dados da Companhia
98. a velocidade de processamento nos sistemas digitais pode se utilizar um circuito multiplicador que fornece um sinal anal gico na sa da correspondente ao produto de dois sinais presentes na entrada Assim mesmo um sistema computacional menos veloz pode medir o valor m dio do sinal e indicar a pot ncia ativa O circuito multiplicador se vale de um princ pio cuja denomina o em ingl s Feedback Time Division Multiplier System para as medi es de pot ncia Para assegurar banda larga e alta precis o ele possui freq ncia de clock relativamente alta na ordem de 125 kHz sendo ajustada em conjunto com um dispositivo de comuta o MOS de alta velocidade A aplica o deste conceito implica em fazer a amplitude m dia do sinal de sa da proporcional ao produto de duas grandezas Uma grandeza contribui para o produto obtido na sa da atrav s da modula o do tempo de condu o A outra grandeza modula a amplitude O pulso assim obtido tem uma rea que corresponde ao produto da tens o pela corrente Esse sinal aplicado a um amplificador de sa da que atua como um filtro passa baixa freq ncia integrador e dessa forma o sinal m dio obtido na sa da proporcional ao produto dos dois sinais Esse conceito aparece em artigos como o de autoria de E A Goldberg A High Accuracy Time Division Multiplier RCA Review Volume XIII pp 265 274 Setembro 1952 36 Esse princ pio foi abordado por A Fuchs e H Gafni no a
99. ada para a linha de transmiss o fosse um d cimo do utilizado o valor das perdas seriam menores 85 na mesma propor o Ampliando a an lise no dom nio da fregii ncia poss vel observar melhor as rela es entre as principais grandezas envolvidas No circuito n o linear haver uma corrente cont nua pulsante que pode ser decomposta em uma componente cont nua e por uma componente alternativa constitu da da somat ria das harm nicas de acordo com a s rie de Fourier n t o Tam sen not Wn l 4 68 Dessa express o podemos distinguir dois elementos a componente cont nua e a componente alternada composta pela somat ria de todos os harm nicos Calculando a pot ncia dissipada no resistor para cada componente podemos determinar uma rela o simples entre elas P Ppc Pac Ppc R Ipc m dia Pac R Lc P R Joc Ro R Lc gias 4 69 a 4 12 Onde P a pot ncia ativa total dissipada na resist ncia Ppc a pot ncia dissipada na resist ncia devido a componente cont nua da corrente valor m dio Pac a pot ncia dissipada na resist ncia devido a componente alternada da corrente somat ria das harm nicas IDC m dia a componente cont nua da corrente lac a componente alternada da corrente retificada somat ria das harm nicas e constitui a ondula o Corresponde ao valor eficaz equivalente ao efeito de todas as harm nicas Ipc eficaz O valor eficaz da corrente cont
100. ado com base em indicadores espec ficos comumente conhecidos por DEC e FEC 10 O DEC um acr nimo para Dura o Equivalente de interrup o por unidade Consumidora e indica o n mero m dio de horas que o consumidor ficou sem energia durante um per odo cont bil geralmente um m s O FEC a Freq ncia Equivalente de interrup o por unidade Consumidora e indica em m dia quantas vezes uma unidade consumidora ficou sem o fornecimento de energia dentro do per odo cont bil de um m s Esses valores s o expressos como a m dia de um grupo de consumidores de uma regi o selecionados conforme crit rios indicados pela concession ria e aprovados pelo rg o regulador O DEC pode ser calculado por Ca i T i DEC C 2 1 Onde i o n mero de interrup es variando de 1 a n T i a dura o de cada interrup o do conjunto de consumidores considerado em horas Cali o n mero de consumidores do conjunto considerado atingido nas interrup es C o n mero total de consumidores do conjunto considerado O FEC pode ser calculado por 3 Cali FEC C 2 2 Trata se de uma m dia ponderada pela rela o entre o n mero de consumidores afetados pelo n mero total de consumidores na regi o considerada Dessa forma pode existir uma 18 grande diferen a entre o valor atribu do para determinada regi o e o valor observado pelo consumidor Essa rela o pode ser observada mais facilmente se
101. ados Conforme indicado neste cap tulo a tecnologia de medidores de pot ncia e energia digitais pode alcan ar resultados melhores do que os medidores eletromec nicos ao lidar com sinais distorcidos 124 Entretanto isso somente pode ser alcan ado com circuitos mais apurados e portanto mais caros cuja aplica o fora dos laborat rios pode n o ser justificada financeiramente O avan o da tecnologia trouxe a possibilidade de construir dispositivos de medi o mais sofisticados a um custo menor baseado em tecnologia de micro controladores por exemplo Esses dispositivos trabalham na base de algoritmos que desempenham as fun es de medi o e a sua implementa o pode envolver a simula o do comportamento de um instrumento existente ou o c lculo a partir das express es definidas pela teoria mas certamente o grau de complexidade proporcional ao custo envolvido Simular o comportamento de instrumentos existentes pode implicar em simplifica o do processo e barateamento de custos ao passo que a aplica o da defini o te rica pode implicar em maiores exig ncias de digitalizadores de sinal e custos maiores Isso tudo se reduz defini o de um modelo de medidor que seja adequado tecnicamente e vi vel economicamente e embora seja poss vel obter um medidor eletr nico de energia de qualidade superior ao tradicional na pr tica a restri o econ mica dificulta sua dissemina o Dessa forma existem medidores eletr
102. aia entre E e E podem ser expressos matematicamente como 2ERC ro 2ERC K X e K X 5 1 e 5 2 T1 108 Onde R e C s o os elementos integrantes do circuito O valor m dio da sa da do amplificador A igual a YT 2YT T 5 3 Vout Onde T a soma de T1 e T2 Substituindo as equa es 5 1 e 5 2 em 5 3 pode ser deduzido que a tens o de sa da assume a seguinte forma XY Vout lt K 5 4 A partir dos dados extra dos do texto citado anteriormente foram estipulados os valores utilizados no simulador de circuito ilustrados pela figura a seguir figura 5 4 K 12V E 2V R 125KQ K L limite E 15V aa Vout YXWK K XYfvout K 2x2 3332 12 i x x 333 4mV Figura 5 5 Circuito multiplicador Fonte Autoria pr pria Com esses valores se obteve os sinais indicados pelo oscilosc pio virtual ilustrados a seguir figura 5 6 109 t oscilloscope sinal na sa da Vout A TATA AN sinal na sa da do integrador Ti 0 0000 s 3 5987 T2 T1 EN s VAI 891 6328 mV s 1 7057 y VAZ VAI 2 5973 V vBi 382 5587 mv vB2 226 1075 mv vB2 vB1 ERN my Time base Trigger Channel amp Channel B al Reduce Reverse Save 0 05 s div Edge F xj EET ViDiv 500 mv Div X position 0 00 Level 0 00 Teco 0 00 Y po
103. ais S dx 2e sendo e a espessura do isolante em mm q Y um fator devido ao efeito pelicular q Y um fator devido ao efeito de proximidade q ks e kp s o valores experimentais muitas vezes tomados iguais a unidade Dessa forma podemos determinar a resist ncia dos fios e cabos que constituem os alimentadores dos circuitos el tricos 165 A indut ncia de um condutor depende de suas caracter sticas e das dist ncias entre os condutores do circuito Assim considerando um circuito formado por tr s cabos unipolares em trif lio apresenta uma indut ncia pr pria por condutor desprezando o efeito das liga es nos extremos 54 L k 046 n 2 8 de 7 mH km 6 10 Onde q k um fator que depende do n mero de fios do condutor considerado como sendo 0 056625 em mH km q dc o di metro do condutor em mm q Sm a dist ncia m dia geom trica dos condutores em mm para cabos montados em trif lio S dc 2 e sendo e a espessura do isolante em mm Outra considera o importante para este estudo que para um sistema trif sico sim trico geometricamente e eletricamente esta indut ncia por condutor vai definir a reat ncia de sequ ncia positiva utilizada nos c lculos trif sicos Essas express es permitem calcular o valor da imped ncia do circuito de corrente alternada trif sica e a do circuito em corrente cont nua correspondente para um circuito formado por condutores circulares retil neos
104. ais por intervalos de tempo de quatro a cinco anos entre as revis es tarif rias Nesse intervalo o pre o teto reajustado de acordo com uma f rmula que varia para cada pa s mas em geral a seguinte APC P X Z 23 22 Onde APC o reajuste do pre o teto Price Cap P o ndice da infla o X o fator de produtividade Z a varia o de custos n o gerenci veis A principal vantagem desse regime incentivar a empresa concession ria dos servi os regulados a adotar medidas de redu o em seus custos gerenci veis para al m do fator de produtividade estipulado X sendo permitido que ela se aproprie dos ganhos advindos dessa redu o at a pr xima revis o O fator Z visa ajustar as tarifas no caso de mudan as nos custos n o gerenci veis da empresa tais como aumento de impostos introdu o de pol ticas de conserva o de energia que n o s o repostas pela infla o ou pelo fator X Os custos gerenci veis das empresas distribuidoras de energia se dividem grosso modo igualmente entre despesas com opera o e manuten o e remunera o de capital As despesas com opera o e manuten o s o basicamente divididas entre materiais equipamentos e pessoal A parcela relacionada remunera o de capital corresponde ao custo de oportunidade dos investimentos em instala es da rede el trica e outros ativos utilizados na presta o do servi o A remunera o do capital dos investidores qu
105. al abranger o subgrupo residencial com consumo m dio mensal maior do que 200kWh de acordo com o plano de substitui o de medidores a ser definido pela ANEEL a ser tratado em audi ncia p blica Consumidores residenciais com consumo maior do que 500kWh ser o enquadrados compulsoriamente na tarifa branca seguindo o plano de substitui o de medidores pois considerando a energia como um bem comum espera se que uma melhor apropria o resulte em benef cio da sociedade 29 A modalidade tarif ria branca opcional ser aplicada ao subgrupo comercial e industrial B3 sem distin o de consumo Por outro lado consumidores com consumo acima de 2000kWh ser o enquadrados compulsoriamente na tarifa branca seguindo o plano de substitui o de medidores Espera se que essa modalidade possa provocar a mudan a no h bito de consumo e incentivar a incorpora o de novas tecnologias e processos mais eficientes ao sistema el trico A tarifa branca estar mais pr xima dos custos reais imputados ao sistema el trico do que a tarifa convencional Caracter stica desej vel para consumidores com alto consumo relativo A troca de medidor condi o fundamental para a modalidade tarif ria branca entretanto Essas regras simples visam incentivar o consumidor da classe B a mudar seus h bitos e assim evitar picos de demanda 2 5 Faturamento de energia e demanda reativa A demanda de energia reativa constitui uma inefici ncia no aproveit
106. alor conforme a defini o de modo que fo 4 eficaz y i m dio E 2 2 431 Esse princ pio pode ser estendido para qualquer forma de onda de modo que partindo da condi o em que se sabe o valor da pot ncia ativa e da resist ncia se pode determinar o valor eficaz real da corrente el trica Em outras palavras se mede a pot ncia ativa na resist ncia de deriva o shunt de um circuito de medi o de corrente Atrav s da aplica o deste princ pio tamb m poss vel deduzir a express o geral do valor eficaz da corrente Ieficaz Laf Pa E 4 32 A vari vel T corresponde ao per odo da corrente alternada e a integral reafirma o c lculo do valor m dio por per odo Essa express o v lida para caracterizar qualquer forma de onda Para uso nos equipamentos de medi o digitais a express o pode ser simplificada Um exemplo disso observado no algoritmo de equipamentos digitais de medi o do fabricante Yokogawa cuja f rmula se encontra a seguir X DG I eficaz Onde D i s o os valores digitalizados no per odo compreendido entre as aquisi es m e n na base de tempo do digitalizador que os identifica pelo ndice i Dessa forma se efetua o c lculo num rico da integral na base de um valor m dio de n m pontos amostrados Por outro lado isso pode levar a erros de resolu o consider veis se a taxa de amostragem baixa ou seja se o n mero de pontos amostrados for insuficiente
107. am baixo fator de pot ncia Esse aspecto da qualidade dos equipamentos adquiridos pelo consumidor ainda n o levado em considera o pois na maioria das instala es os medidores Existem dois aspectos importantes nesse processo a medi o e a metodologia de c lculo das multas como se observa no cap tulo 5 e no final deste cap tulo Percebe se portanto a nfase na otimiza o econ mica dos recursos seguindo o princ pio de reduzir as perdas para maximizar os ganhos Essa l gica provavelmente induzida pelo mecanismo de incentivo utilizado para o reajuste das tarifas de distribui o de eletricidade que heran a da reforma do setor el trico brasileiro implementada em meados da d cada de 90 14 Esse mecanismo de incentivo visa induzir a empresa monopolista regulada a se comportar como se atuasse em um ambiente competitivo onde o ponto de equil brio de mercado norteado pelo pre o teto price cap em ingl s posto que as regras de mercado normais n o se aplicam a esse tipo de empresa Dessa forma se espera que a empresa procure aumentar os n veis de efici ncia produtiva e de aloca o sendo que o regime de pre o teto o mais utilizado atualmente nos v rios pa ses cuja atividade de fornecimento de servi o com caracter stica de monop lio natural requerem a fiscaliza o por rg os reguladores Basicamente esse regime consiste em impor limites para as tarifas que s o mantidos est veis em termos re
108. amento dos recursos do sistema el trico de pot ncia pois n o produz trabalho til e consome recursos para seu controle Essa energia se traduz no fator de pot ncia e devido ao fato de se constituir em um v cio para o sistema existem multas para coibir sua propaga o O fator de pot ncia de cargas constitu das por l mpadas incandescentes e resistores praticamente unit rio desde que a indut ncia desprez vel em face da resist ncia Por outro lado em aplica es de l mpadas fluorescentes compactas e motores de indu o ele pode n o chegar a 0 85 ou t o baixo quanto 0 4 se o motor estiver levemente carregado Baixo fator de pot ncia uma caracter stica indesej vel em qualquer carga Uma companhia de energia cuja carga tenha fator de pot ncia de 0 5 est em posi o equivalente a de uma loja de departamento com 50 de devolu o das mercadorias e desde que tudo tem de ser entregue em dobro antes de permanecer no cliente o custo de entrega tamb m maior Por isso a demanda de energia reativa em excesso cobrada do consumidor A resolu o 414 da ANEEL de 2010 estabelece a forma de c lculo e crit rios para o faturamento de energia e demanda reativa Hoje no entanto a cobran a da energia reativa excedente est limitada a capacidade dos medidores dispon veis nas instala es A unidade consumidora com medi o apropriada deve ter o faturamento correspondente ao consumo de energia el trica e demanda de pot nc
109. ao car ter de oligop lio do setor os princ pios que regem os mercados n o puderam ser efetivados plenamente no Brasil Desta forma os princ pios de otimiza o econ mica praticada no setor privado para aumento de seu desempenho atuam de modo desfavor vel ao fornecimento desse servi o b sico que de interesse da sociedade 6 Para garantir ao menos condi es m nimas necess ria a fiscaliza o do governo na figura das ag ncias reguladoras No Brasil essa fun o exercida pela ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica Essa estrutura caracteriza o sistema de pot ncia do ponto de vista institucional por m a sua din mica est sujeita a hidrologia e aos interesses dos grupos econ micos envolvidos 2 2 Os indicadores de continuidade do servi o Devido complexidade f sica do sistema de pot ncia existem v rios agentes que atuam no fornecimento de energia No Brasil existem empresas geradoras empresas distribuidoras e 17 empresas de transmiss o sendo que essas ltimas s o coordenadas por uma empresa independente que denominada como Operador Nacional do Sistema ONS Esse sistema reflexo da estrutura de um sistema el trico particularmente um que opera com grande participa o hidr ulica onde se encontram centrais geradoras linhas de transmiss o e redes de distribui o Visando disciplinar a a o das concession rias a ANEEL mede seu desempenho quanto continuidade do servi o prest
110. art meters poderia ser feita em um per odo de dez anos segundo estimativas da Aneel Isso corresponde instala o de aproximadamente dezessete mil medidores por dia Sendo um sistema no qual o software e hardware est o intimamente ligados o sistema SCADA tamb m sofre com problemas de suporte computacional Existem dois grupos de programas que s o os propriet rios e os livres Geralmente os propriet rios s o desenvolvidos pelos fabricantes dos dispositivos sendo necess rio muitas vezes se adquirir o sistema completo de um fornecedor Por outro lado os programas livres que utilizam protocolos padr o possibilitam a utiliza o de UTR fornecidas por fabricantes diferentes causando maior liberdade de escolha seguindo crit rios funcionais e de pre o Com a arquitetura livre existe a possibilidade de se contratar profissionais sem v nculos com o fornecedor do equipamento o que representa um ganho em autonomia por m existe o risco de falta de suporte t cnico a m dio e longo prazo 51 3 2 2 Sistema de comunica o Quando se planeja a implanta o de um sistema SCADA se deve considerar a utiliza o da rede de dados j existente na empresa a fim de evitar custos adicionais com infra estrutura de comunica o Deve se considerar a utiliza o de qualquer rede local de computadores conex o a r dio ou qualquer outra j existente devendo se tomar cuidado para que o sistema SCADA n o interfira negativamente na
111. aterias e pain is solares at as mais complexas nas redes afetadas por componentes harm nicas Mesmo as aplica es simples com dispositivos eletr nicos em circuitos de tens o cont nua tamb m est o sujeitas a influ ncia de correntes pulsantes o que justifica uma revis o dos conceitos sem perder de vista uma poss vel aplica o nos chamados instrumentos virtuais e nos micro controladores Esses dispositivos dependem da l gica integrada atrav s dos programas para operarem e dessa forma os elementos virtuais operam de modo similar aos mecanismos encontrados nos instrumentos reais 65 4 1 A pot ncia da tens o e corrente el trica constante Para caracterizar as condi es energ ticas importante determinar a rapidez com que se executa um trabalho ou seja a velocidade em que a energia convertida de uma forma para outra 28 O trabalho realizado por unidade de tempo denominado pot ncia peer dt 3 1 Nos circuitos el tricos alimentados por corrente cont nua em regime cont nuo de opera o se encontra a forma mais simples de se caracterizar a pot ncia da corrente el trica Neste caso se adapta a express o anterior para paat At 3 2 Se o movimento de cargas produz uma corrente de intensidade constante resulta que A outra grandeza fundamental que caracteriza uma instala o el trica a tens o Sendo esta numericamente igual ao trabalho realizado ao se deslocar uma unidade de carga entre dois
112. baterias traz consigo as dificuldades t cnicas de manuten o inerente a eles Neste cen rio os ve culos el tricos podem contribuir com a rede de energia quando nela estiverem conectados desde que exista uma infra estrutura adequada Enquanto dispositivos el tricos especializados esses elementos possuem baterias com substancial capacidade de armazenamento e dependendo do modo como operam nas cidades podem passar grande parte do tempo conectado rede contribuindo como meio de armazenamento de energia A manuten o dos sistemas t cnicos especializados desses equipamentos seria feita de forma similar ao que se aplica aos ve culos atuais em oficinas especializadas simplificando a opera o para o usu rio final Al m disso o n mero potencial de dispositivos de armazenamento teria propor es da frota de ve culos existentes nas grandes cidades o que representa um potencial consider vel Existem muitas configura es poss veis para os sistemas envolvendo fontes alternativas de energia a rede el trica da concession ria e os ve culos el tricos mas para que esses ltimos possam servir como acumuladores para o sistema fundamental a exist ncia de uma rede inteligente para coordenar as opera es No entanto esses objetivos implicam em uma grande mudan a das rela es de propriedade e da pol tica de apropria o da energia tanto no n vel individual quanto coletivo A pr pria mudan a f sica dos sistemas implica em um co
113. bre a pot ncia aparente se pode dizer que sua express o similar a da pot ncia com corrente e tens o constante Entretanto a pot ncia aparente n o exprime a taxa de convers o da energia no tempo do mesmo modo que nos circuitos com tens o e corrente constante e por isso se introduz o conceito de fator de pot ncia como a rela o entre a pot ncia que efetivamente produz trabalho e o valor que calculado pelo produto da tens o pela corrente A rela o entre pot ncia ativa reativa e aparente se observa atrav s do tri ngulo de pot ncias conforme indicado na Figura 4 2 Para construir esse tri ngulo se pode tomar o tri ngulo de tens es e multiplicar pelas respectivas correntes Sua hipotenusa representar a pot ncia aparente S e os catetos a pot ncia ativa P e a reativa Q As rela es matem ticas entre elas s o S VP 0 P S cosq 0 S seng O P ang 4 20 S o E U n S UI Pg E II Q Ua U cos y I P Ul cos Figura 4 2 Tri ngulo de pot ncias Fonte KASSATKIN 1980 71 Geralmente a caracter stica nominal do transformador ou gerador dado pela pot ncia aparente Isso se deve ao fato de que o isolamento definido pela tens o nominal e a se o dos condutores calculada em fun o de uma corrente de condu o nominal Portanto se limitam individualmente pela tens o e corrente e al m disso essas limita es n o dependem do fator de pot ncia Deste modo o produto dos valores
114. calcular o custo anual da instala o normal e com corre o para efeito de compara o Devido dissemina o dos computadores atualmente poss vel elaborar planilhas eletr nicas que cont m um racioc nio complexo a partir de alguns dados relativamente simples de entrada Al m dessa aplica o esses programas que podem operar com matrizes de dados tamb m s o utilizados para processar as informa es obtidas dos consumidores atrav s dos medidores inteligentes Independente da aplica o que pode ser uma avalia o espec fica como neste exemplo ou uma an lise de dados de consumo em massa existe a necessidade de se elaborar algoritmos para os computadores Nesse cen rio o processo pelo qual os trabalhos em engenharia s o desenvolvidos adequado para a elabora o desses algoritmos que s o fundamentais em todos os n veis de automa o de uma rede inteligente Em um artigo do AIEE 20 com t tulo Mathematics and Physics in Engineering publicado em 1939 Michel G Malti discute sobre a forma o dos engenheiros com respeito matem tica e a f sica Ao iniciar a exposi o e para estabelecer a argumenta o ele descreve de maneira sucinta a forma de racioc nio para a resolu o dos problemas de engenharia 1 Reduzir seus problemas de engenharia a fatos f sicos fundamentais Fazer o esquema dos problemas de engenharia representando todas as vari veis de interesse 2 Expressar os fatos f sicos na forma
115. celas de pot ncia ativa de cada carga atrav s da rela o expressa em 4 83 S 4 83 Onde P a pot ncia ativa de cada carga e S a pot ncia aparente do conjunto Os medidores eletr nicos ao serem ligados na origem da instala o se localizam estrategicamente no ponto de medi o que satisfaz esse requisito A partir destas considera es podemos determinar uma express o que relaciona o fator de pot ncia na freq ncia fundamental com a distor o harm nica total e que pode ser til nas avalia es dos circuitos Um indicador matem tico para a degrada o do sinal denominado de Distor o Harm nica Total ou DHT sendo definido pelo quociente da raiz quadrada da somat ria das harm nicas ao quadrado pelo valor da fundamental conforme express o a seguir VJI I I DHT h DHT Ix 13 14 Ir 4 84 e 4 85 Onde 7 a corrente na freq ncia fundamental 72 I3 I4 In s o as harm nicas e Jo a componente cont nua Consideramos inicialmente que a tens o fornecida para a carga isenta de harm nicas e componente cont nua ou seja n o apresenta distor o Sendo assim somente a corrente decomposta em suas componentes harm nicas na express o matem tica do fator de pot ncia P U J1 coso I coso FP pm fam S U NI I I a alo ddr I 4 86 93 O numerador dessa express o somente cont m a componente fundamental da corr
116. citor utilizado como filtro no retificador em ponte pode ser menor que aquele ligado no retificador de meia onda para obter o mesmo resultado final ou seja quanto maior a fregii ncia de sa da do retificador menor o capacitor utilizado na filtragem e esse princ pio se utilizam nas fontes chaveadas A tens o cont nua obtida dessas fontes pode flutuar dependendo da carga ligada na sa da ou da tens o da rede Para eliminar esse inconveniente poss vel instalar um grupo de componentes eletr nicos numa configura o de circuito denominada regulador s rie A vantagem desta fonte o fato da tens o cont nua retificada se manter constante independente da varia o da rede ou consumo do aparelho dentro de certos limites Outra vantagem a quase aus ncia de ripple que praticamente eliminado no processo de regula o 152 Nesta fonte ligado um transistor em s rie com a resist ncia de carga que ajusta a tens o de sa da em fun o de uma tens o de refer ncia dada por algum elemento regulador como por exemplo um diodo zener DIODO av CAPACITOR RESIST NCIA JIG DECARGA Oscilloscope x xx a Figura 6 5 Fonte CC com regulador de tens o s rie Fonte Autoria pr pria Embora forne a um valor de tens o cont nua est vel e isento de ripple essa fonte apresenta baixo rendimento en
117. city increases with the evolution of populations who benefit from The electrical system that produces this input is limited in its ability to available resources for generation transmission and distribution Roughly speaking this limit is set by the maximum power of the system This maximum power can be achieved at certain times of the day called peak hours and in most of the time the system is under utilized Having the ability to control demand you could use that excess capacity by transferring loads to more favorable times For this there must be a coordinated action of many consumers to obtain operating results Coordination would then be obtained through so called smart grids that add functions and automation with various levels of complexity and constitute a very large system that binds generation to consumption The noticeable difference is in the residential consumer of this fact be included in the operation of this network in near real time or is awaiting more effective participation in the electrical system One of the means designed to achieve this effect is through tariff incentives where the variation of the energy cost would motivate consumers to change their consumption habits To participate in this system the residential consumer needs to adapt its facilities to operate more efficiently by getting the maximum power at the lowest cost It is not often that changing habits is the power of consumer so it needs the means to adapt their el
118. com a necessidade e possibilidade de haver esse tipo de resposta em princ pio independente do operador Isso feito atrav s de alguma linguagem de programa o pr pria para controle mas isso em muitos casos desaconselh vel e em particular em processos complexos e de grande responsabilidade O sistema SCADA utiliza o conceito de programa o voltada a objetos no qual os elementos s o identificados por vari veis de controle da mesma forma que suas 49 propriedades definem seu comportamento Por exemplo um bot o colocado em uma interface homem m quina pode ser identificado como bot o um Esse bot o 1 possui atributos que s o as propriedades do tipo cor tamanho posi o e pode ser programado para executar determinada tarefa quando acionado Esse acionamento pode ser por clique de mouse sonoro etc Dessa forma se compreende que no sistema SCADA os dispositivos s o considerados como elementos virtuais que possuem nome e propriedades e esses podem ser alterados em fun o das necessidades do operador Existe no mercado uma grande quantidade de programas e sistemas computacionais para operar nessas condi es que v o desde o cl ssico Visual Basic da Microsoft at sistemas mais espec ficos para programa o instrumental como o Labview da National A vantagem dos mais espec ficos contar com uma biblioteca de instrumentos pronta para certas aplica es de modo a facilitar a programa o dos objetos A op o por u
119. com alimenta o por tens o cont nua essa abordagem pode ser interessante na modifica o da modalidade de corrente empregada nas instala es el tricas residenciais Uma investiga o desenvolvida nos principais equipamentos a partir do estudo de suas fontes descrita no cap tulo 6 aponta a possibilidade real de oper los diretamente com tens o cont nua de modo que o problema do fator de pot ncia pode ser tratado por um conversor CA CC na entrada da instala o se essa for a melhor solu o econ mica Tratados os princ pios te ricos que orientam a avalia o da demanda de pot ncia e energia resta saber como esses par metros s o tratados pelos medidores em fun o da evolu o da tecnologia de medi o Esse o tema do pr ximo cap tulo 101 5 A MEDI O DE POT NCIA E ENERGIA A medi o da pot ncia e da energia tem import ncia fundamental do ponto de vista t cnico e como representa um custo para a sociedade tamb m existem implica es pol ticas e econ micas Devido a limita es t cnicas e econ micas associados aos medidores o custo da energia el trica para o consumidor residencial corresponde somente ao trabalho realizado ou perdido na sua instala o pelo consumo de pot ncia ativa mensur vel Atualmente se projetam problemas nas redes cada vez mais carregadas com consumidores vidos por energia relacionados a picos de demanda A evolu o dos medidores permite que se fa a o gerenciamento
120. conhecidos facilmente por profissionais da rea el trica dispensando o aprendizado de uma linguagem espec fica de programa o A vantagem desta configura o a flexibilidade proporcionada pelo CLP que pode incorporar acionamento temporizado somente com a altera o de sua programa o O modo de execu o de uma instala o el trica pode ser afetado com o emprego desses equipamentos O exemplo permite distinguir uma linha de comando que pode ser constitu da por condutores de se o muito reduzida pois a corrente muito baixa A linha de pot ncia alimenta diretamente as cargas tendo passado previamente pelo CLP que a controla 62 Dessa forma o circuito el trico pode ser padronizado e simplificado pela aus ncia dos condutores de retorno nos interruptores por m haveria uma linha adicional para os sinais de comando Por outro lado a linha de comando admite grande varia o de solu es poss veis que pode ser o comando sem fio por ondas de r dio ou o uso dos cabos de uma rede de inform tica Nesse particular devido difus o das redes de computadores nas instala es dom sticas por causa da Internet a inclus o de uma linha de dados uma alternativa cada vez mais acess vel Desse modo a montagem f sica de uma instala o residencial pode se dividir em um circuito de for a e um de comando de modo similar a um comando el trico de uma instala o industrial Isso aumenta a flexibilidade para o acionamento d
121. cter sticas de baterias recarreg veis poss veis de serem utilizadas no projeto Sat lite Universit rio In 12 ENCONTRO DE INICIA O CIENT FICA E P S GRADUA O DO ITA XII ENCITA S o Jos dos Campos SP Brasil 16 a 19 Out 2006 Dispon vel em lt http www bibli ita xiiencita ELE 12 pdf gt Acesso em 2 fev 2012
122. da fonte de corrente alternada senoidal e neste caso igual ao valor eficaz da corrente retificada Ipc cjica FP o fator de pot ncia da carga n o linear que abrange o diodo e a resist ncia Dispondo das express es anteriores poss vel simplificar a f rmula acima at obter um valor num rico para o fator de pot ncia 82 J2 FUAC eficaz 2 Ro Uac eficaz Upc eficaz x icaz FP 2 J2 Uac eficaz 2 0 71 Uac eficaz 2 Uac eficaz 4 51 A aplica o em um exemplo num rico pode demonstrar melhor o procedimento de c lculo envolvido na compara o Supondo que em um circuito el trico alimentado por um gerador de corrente alternada senoidal de freq ncia 60 Hz tens o 100 V se necessita produzir um trabalho raz o de 100 J por segundo ou 100W de pot ncia Iniciando pelo c lculo do circuito n o linear existe somente um par metro a ser calculado que o valor da resist ncia O valor da resist ncia se calcula atrav s da rela o entre a pot ncia ativa e o valor eficaz da tens o do lado retificado Como o valor dado o valor eficaz da tens o senoidal da fonte necess rio deduzir uma express o para o c lculo do valor da resist ncia a partir dos dados dispon veis P 2 Upc eficaz R 2 eficaz 2 2 P 2 2 Uac fia Uac gicas R 4 R 2 R 4 52 a 4 54 Com os valores dados Uac eficaz gt 100 500 LEP 2 100 4 55 R A condi o para o c lculo do circu
123. da l mpada utilizada em W P a pot ncia reativa equivalente em W Corresponde ao valor do excedente reativo derivado da express o do FER Se o fator de pot ncia FP do aparelho de ilumina o inferior a 0 92 equivale a z 0 92 FP 225 P 40 Se o valor de FP maior que 0 92 a pot ncia reativa equivalente igual a zero Ep a efic cia da convers o luminosa em Im W e Fp o fator m dio de deprecia o do fluxo luminoso O custo de energia CE considera o consumo de energia relativos demanda de pot ncia da l mpada e a pot ncia reativa equivalente E Em FD 10 2 26 Onde T o pre o da tarifa de energia el trica em US Wh E a efic cia da convers o luminosa em Im W FD o fator m dio de deprecia o do fluxo luminoso O custo de manuten o pode ser calculado por T 2 Ai Vi D 2 27 Onde A o n mero de horas gasto nas atividades de limpeza inspe o em horas de servi o anual V o valor unit rio da atividade em US h No terceiro passo o engenheiro pode contar com o aux lio matem tico de uma planilha eletr nica para deduzir dos enunciados matem ticos o resultado desejado Esse passo exigente na aplica o da l gica matem tica por m os resultados podem ser muito teis em aplica es futuras No caso da corre o do fator de pot ncia utilizado no exemplo se estimou o uso de uma l mpada fluorescente compacta de 15W montada em uma lumin ria de
124. dade de coordenar o interc mbio de energia e informa es de modo a otimizar o aproveitamento das fontes de energia como parte dos recursos dispon veis Al m disso ela teria a capacidade de otimizar o desempenho das fun es de prote o minimizando a consegii ncia das falhas ou atuando de maneira preventiva e dessa forma maximizaria a confiabilidade do sistema Obviamente n o se pode desprezar as redes existentes e o que ocorre uma evolu o de dispositivos t cnicas e sistemas cujo resultado final ser a rede inteligente Atualmente a voga no que diz respeito a redes inteligentes se refere s caracter sticas que permitem o gerenciamento do sistema Nesse aspecto a rede constitu da por v rios elementos para transmiss o prote o e controle da energia que incorporaram a possibilidade de trafegar informa es em tempo real entre eles sendo capazes de agir de forma coordenada no sistema el trico Dessa forma se percebe a rede inteligente como um meio coordenador atrav s do qual os consumidores e geradores se relacionam Esse princ pio coordenador n o totalmente novo j que fundamental para o sistema de transmiss o interligado que interliga os geradores e os centros de consumo para os quais existem regras para acesso ao sistema e a coordena o imprescind vel A fun o de coordenar as empresas na transmiss o exercida pelo Operador Nacional do Sistema ONS que disp e de meios para controlar o fluxo da en
125. de programar o n cleo dos instrumentos 4 2 A pot ncia em corrente alternada 4 2 1 A pot ncia instant nea e a pot ncia ativa em circuitos com tens o e corrente senoidais A pot ncia instant nea da corrente alternada igual ao produto dos valores instant neos da intensidade da corrente e da tens o nos terminais do circuito pelo qual passa a corrente Essa express o da pot ncia similar ao caso da corrente cont nua mas as varia es peri dicas da tens o e corrente alternadas provocam varia es peri dicas da pot ncia que elas desenvolvem Esta pot ncia instant nea n o uma grandeza pr tica para avaliar o consumo de energia das instala es que funcionam com base na corrente alternada Por isso a grandeza b sica empregada para avaliar o consumo de energia nos dispositivos de corrente alterna a sua pot ncia m dia durante um per odo denominada pot ncia ativa medida com watt metros de corrente alternada 28 No caso mais simples de uma carga linear alimentada por uma tens o senoidal a rela o entre pot ncia ativa e os valores eficazes da tens o e da intensidade da corrente pode ser determinada atrav s das equa es de pot ncia instant nea A dedu o das express es matem ticas at a defini o de um valor correspondente pot ncia ativa possibilita compreender sua aplica o nos instrumentos de medi o eletr nica Al m disso mostra como esses princ pios orientaram a elabora o do
126. de armazenamento de eletricidade de baixo custo padroniza o de arquiteturas e t cnicas para intelig ncia distribu da e sistemas de pot ncia inteligentes al m de sistemas de gera o mais limpos necess rio tamb m eliminar entraves pol ticos e reduzir os riscos e incertezas causados pela estrutura reguladora o que inclui estabelecer as regras para as futuras redes de fornecimento de energia A ind stria investir um grande capital nas pr ximas d cadas para repor os equipamentos do sistema el trico de pot ncia 2 Um elemento que permeia e une essas id ias informa o Os conhecimentos da demanda da capacidade do sistema do valor da energia s o elementos que podem ser relacionados e interagir de modo a obter o resultado operacional desejado Para responder as exig ncias impostas ao sistema el trico em tempo h bil fundamental dispor de informa es confi veis e din micas Ao tornar a resposta em tempo real da demanda poss vel uma rede inteligente tem o potencial para reduzir o alto custo associado ao pico atrav s da distribui o coordenada das cargas poss vel maximizar a transmiss o da energia A proposta da rede inteligente teria a capacidade de proporcionar aos operadores maior controle do sistema permitindo o controle e distribui o de cargas modo a maximizar o aproveitamento de sua capacidade de transmiss o de energia e dessa forma tende a diminuir o investimento em curto prazo Os conceitos ap
127. de a concession ria verificar o fator de pot ncia deve ser feita por meio de medi o apropriada observando os seguintes crit rios A unidade consumidora do grupo A deve ser verificada de forma obrigat ria e permanente e a do grupo B de forma facultativa sendo admitida medi o transit ria desde que por um per odo m nimo de sete dias consecutivos Essas condi es para o faturamento imp em um conjunto de restri es para a concession ria e para o consumidor em fun o dos equipamentos utilizados para as medi es que hoje reflexo do grupo A ou B Os consumidores do grupo A disp em de medidores eletr nicos com capacidade de determinar os par metros necess rios ao faturamento nas condi es da resolu o da ANEEL e com isso devem considerar a influ ncia do fator de pot ncia da instala o A medi o do fator de pot ncia de unidade consumidora do grupo B facultativa e atualmente pode ser feita pela concession ria quando suspeita que haja algum problema com esse par metro Isso implica em seguir os crit rios de verifica o transit ria ou seja medi o apropriada por um per odo de no m nimo sete dias Por outro lado em agrupamentos maiores de consumidores tais como nos condom nios e ainda alguns consumidores residenciais verifica se que as concession rias substitu ram os medidores eletromec nicos pelos eletr nicos de modo que elas podem se beneficiar das disposi es legais com rela o cobran
128. de fregii ncia controladores de motores el tricos que se beneficiaram com a capacidade de controle eficiente da energia 6 3 2 3 Ilumina o As l mpadas representam uma parte importante no uso pr tico da eletricidade sendo que os sistemas el tricos comerciais de pot ncia foram criados inicialmente para essa finalidade Al m disso a ilumina o representa cerca de 17 per odo de ponta do consumo residencial 19 o que significativo deste ponto de vista A compatibilidade das l mpadas incandescentes ao uso indiscriminado em corrente cont nua ou alternada um fato conhecido Por outro lado o aumento do uso de l mpadas fluorescentes compactas devido ao seu maior rendimento luminoso colocou esse dispositivo em evid ncia no cen rio das instala es em corrente alternada e por isso o estudo de compatibilidade com a corrente cont nua pertinente Estudos feitos para determinar modelos representativos de cargas lineares 52 tais como l mpadas compactas indicam que algumas delas s o alimentadas por um retificador de onda completa em ponte associada a um capacitor de filtro Isso implica que uma l mpada com tens o nominal alternada de 127V entrega aproximadamente 180V de tens o cont nua pulsante para a parte ativa da l mpada conforme ilustra a figura a seguir RE i EI IRFR9210 TRAFO RT Figura 6 10 Circuito simplificado de l mpada fluorescente compacta com destaque para o reti
129. de rede Por outro lado a corrente cont nua pode ser vantajosa em pequenas dist ncias se consideramos algumas de suas caracter sticas q Os principais dispositivos que armazenam energia o fazem em corrente cont nua q 142 Todos os equipamentos eletr nicos operam fundamentalmente em corrente cont nua e em um sistema de distribui o desse tipo os retificadores individuais podem ser substitu dos por um sistema maior e mais eficiente Por outro lado muitos equipamentos hoje utilizados com tens o alternada podem operar em tens o cont nua de valor semelhante A opera o com corrente cont nua pode anular o efeito da queda de tens o na reat ncia das linhas internas das edifica es Isso uma vantagem na opera o de circuitos com altos valores de corrente Dentro da instala o CC em princ pio n o h pot ncia reativa Pois o efeito das reat ncias se anula com fregii ncia nula Por outro lado mesmo os equipamentos eletr nicos que operam em CC podem produzir ondula es que correspondem a oscila es harm nicas de modo que n o se pode desprezar totalmente o efeito de reativos Mas se trata de um efeito colateral de menor envergadura que o efeito dos reativos em corrente alternada A medi o e controle podem ser mais simples do que em corrente alternada pois em princ pio se controla somente o n vel da tens o cont nua No caso da tens o alternada normalmente se controlam seu n vel sua frequ ncia e a fo
130. dente a da rede no Brasil 60Hz e corrente n o senoidal representada atrav s das v rias componentes harm nicas senoidais As varia es n o senoidais s o peri dicas se todo o processo se repete ap s um intervalo de tempo determinado chamado de per odo Essa varia o peri dica de intensidade da corrente pode ser representada sob a forma matem tica como a soma das sen ides de diversas freq ncias e de diversas fases iniciais Esta forma matem tica se denomina s rie de Fourier Para a corrente n o senoidal esta s rie tem a seguinte forma i t To Tim sen Ot 41 Tom sen 20t 4 2 Tam sen 30t 4 3 Inm sen nat n 4 34 x Dim sen t 41 a onda sendo ouma componente constante corrente cont nua fundamental isto a oscila o senoidal cuja frequ ncia igual a da onda n o senoidal e todas as outras componentes s o harm nicas superiores de ordem 2 3 n 76 Logo a corrente n o senoidal pode ser considerada como a soma da corrente cont nua e das correntes alternas senoidais de diversas freq ncias e diversos ngulos de fase iniciais No circuito linear cujos par metros n o dependem da intensidade da corrente podem se calcular as correntes separadamente para cada componente harm nica princ pio da sobreposi o Para qualquer destas componentes correta a lei de Ohm formulada para a corrente senoidal Essa forma de an lise representada graficamente por uma s rie d
131. dores operando pr ximo da condi o de vazio reator convencional de lumin ria para l mpada fluorescente cujo efeito reativo final pequeno se comparado ao trabalho til proporcionado pela pot ncia ativa nesses equipamentos tendo em vista o custo do equipamento destinado a medi lo Devido evolu o da demanda por energia associada ao processo de privatiza o das concession rias valores antes desprezados passaram a ser significativos visando otimizar os recursos e postergar investimentos Al m disso com o aumento da demanda por aparelhos eletr nicos houve uma amplia o da influ ncia de cargas n o lineares no sistema el trico cujo efeito final a diminui o do fator de pot ncia conforme discutido no cap tulo 4 Essas condi es resultam em um nus para a empresa distribuidora de energia e por isso o consumidor pode ser taxado Para taxar esse nus a concession ria precisa medir o montante que ele representa Atualmente os grandes consumidores industriais e comerciais s o taxados quando o fator de pot ncia de suas instala es baixo conforme a legisla o vigente Para esses consumidores foram instalados instrumentos eletr nicos com capacidade para medir outros par metros al m da pot ncia ou energia ativa Os consumidores residenciais s o taxados atrav s da medi o obtida por medidores de energia por indu o que s mede pot ncia ativa e ainda podem ser influenciados pelos efeitos de cargas n o li
132. du o de corrente a linha CC a tr s fios tem capacidade superior linha trif sica com tr s fios na configura o adotada para compara o Analisando do ponto de vista da se o do condutor quanto maior o valor desta maior a dist ncia onde prevalece o crit rio da condu o Dessa forma quanto maior a pot ncia do alimentador e portanto seu condutor maior dist ncia que se pode transmitir CC com vantagem em rela o a CA A vantagem da corrente cont nua ocorre nos circuitos terminais com comprimento inferior a 20 metros o que justifica sua aplica o em circuitos terminais de comprimento reduzido Por este ponto de vista em uma instala o maior formada por v rias unidades de porte modesto como em alguns edif cios residenciais os circuitos de distribui o poderiam ser feitos em corrente alternada e dentro das unidades os circuitos poderiam ser em corrente cont nua se isso for vantajoso Conforme se pode observar das tabelas existe uma grande diferen a de valores de imped ncia para corrente cont nua ou em 60 Hz se comparado aos valores correspondentes na frequ ncia de 30 kHz Isso particularmente interessante se consideramos que as fontes chaveadas dos equipamentos operam neste n vel de frequ ncia e portanto a ondula o da corrente pode produzir uma queda de tens o desfavor vel nessa condi o O problema aqui consiste em determinar qual caracter stica se sobressai o comportamento em corrente cont nua ou
133. e medi o o que significa de modo bem grosseiro incorporar um mecanismo do tipo rel gio ao medidor de pot ncia 5 2 1 O medidor eletromec nico por indu o Para determinar a quantidade de energia el trica recebida pelos consumidores ou produzida por centrais el tricas pode se utilizam medidores eletromec nicos de energia el trica A diferen a b sica entre os mecanismos de medi o dos medidores de energia e dos aparelhos de ponteiros watt metros consiste em que nos primeiros a parte faz rota es completas que s o transferidas a um mecanismo contador formado por engrenagens e elementos numerados A influ ncia da pot ncia da carga se manifesta pela velocidade de rota o Devido as suas propriedades as instala es de corrente alternada podem utilizar os medidores de indu o que s o simples e robustos Nestes 113 aparelhos os fluxos produzidos por duas bobinas fixas atravessam um disco de alum nio instalado no eixo que transmite o movimento para o mecanismo Essas bobinas est o dispostas de tal forma que constituem um pequeno motor bif sico de indu o que produz um campo girante quando alimentado por fasores tens o e corrente sem defasagem el trica Essa configura o permite ao medidor deduzir os efeitos da pot ncia reativa para efeito de contagem da energia Em se tratando de um motor de indu o bif sico para que se produza um campo girante necess rio que haja a defasagem entre os fluxos magn
134. e revelou valor da ordem de 0 6 para um consumo de pot ncia ativa de 64W executando apenas a tela inicial do sistema operacional Conforme indicado no cap tulo 4 o fator de pot ncia pode ser corrigido empregando um indutor vari vel e no ponto timo chegou a 0 87 Esse ajuste bastante delicado e varia com a pot ncia consumida pelo computador que muda conforme se executam as fun es Dessa forma o sistema se torna inst vel pois quando a carga varia ocorrem oscila es na alimenta o e o computador chega a reiniciar o sistema Por isso nesse tipo de equipamento somente se recomenda a corre o ativa do fator de pot ncia ou a corre o na pr pria fonte conforme explicado anteriormente O estudo das fontes chaveadas permite entender como utilizar esses dispositivos da melhor forma e assim evitar o impacto na instala o do consumidor e na rede el trica da concession ria maximizando os benef cios e atenuando os problemas Os principais benef cios percebidos com esses dispositivos eletr nicos est o relacionados ao maior rendimento e a flexibilidade operacional pois permitem ao consumidor condicionar a energia el trica de acordo com suas necessidades Essa classe 157 de dispositivos e suas varia es podem operar com corrente cont nua alternada com frequ ncia fixa ou vari vel em diversos n veis de tens o e corrente As varia es abrangem os reatores eletr nicos de l mpadas fluorescentes conversores est ticos
135. e a e sonia add alo Pb nao EAr E EEEE DEE dae DES 57 4 AVALIA O DA DEMANDA DE ENERGIA EL TRICA ecceeereereereerereremeeeeeeeemeeseeremnes 63 4 1 A pot ncia da tens o e corrente el trica constante eerreererenerereerereaanaa 65 4 2 Apot ncia em corrente altetnada s2ssiastssres contanhosisao do neei a eaea aeai doa aieiai aeiaaeeo aeiee eah 66 4 2 1 A pot ncia instant nea e a pot ncia ativa em circuitos com tens o e corrente senoidais 66 4 2 2 A pot ncia ativa reativa e aparente da corrente alternada senoidal 70 4 2 3 O valor eficaz da tens o e corrente eesseeseeeseeesrresesesessrereressrereresttertrssterstesseestntesesrestsrereneeres 72 4 2 4 A pot ncia instant nea e a ativa em circuitos com tens o senoidal e corrente n o senoidal 75 4 3 A aplica o pr tica dos conceitos na avalia o da demanda e do fator de pot ncia 17 4 3 1 Pot ncia ativa e pot ncia instant nea ore rreeaereeererereeerenerareereneaan a 89 4 4 A corre o do fator de pot ncia em circuitos que cont m cargas n o lineares 93 5 4 MEDI O DE POT NCIA E ENERGIA cccceereneerenserenserensererserensererserenseereeereneerenserenssees 101 5 1 A medi o de pot ncia noi ieissa EE eE EEE Aaa SEEKER EENE EEEE EE RESE a 102 5 110 medidor letromec nicon rnini riero EK EEK SEES EEEE aE TES ENEKE EEE SEENE ESA 102
136. e amplitudes que variam conforme m ltiplos inteiros da freq ncia fundamental ou seja uma an lise no dom nio da freq ncia A pot ncia m dia ou ativa P depende da integra o da pot ncia instant nea obtida pelo produto dos valores instant neos da tens o e da corrente 32 No caso geral o produto seria das diversas tens es e correntes nas diversas freq ncias cujo conjunto representa as ondas n o senoidais analisadas assim p v xj Vo Y Von sen not 0n Zo Y Im sen not W 4 35 Como v e i t m per odos de T segundos seu produto deve conter um n mero inteiro de per odos considerando que para essas ondas senoidais o produto tem um per odo igual metade das senoides que o geraram A pot ncia m dia igual a T PS fivo Y Vom sen nomt 01 To y Tain sen not y idt 4 36 O exame dos termos poss veis no produto das duas s ries infinitas mostra que eles s o dos seguintes tipos o produto de duas constantes o produto de uma constante por uma fun o senoidal o produto de duas fun es senoidais com freq ncia diferentes e o quadrado de fun es senoidais Ap s a integra o o produto das duas constantes Volo permanece e as fun es senoidais ao quadrado aplicado aos limites de integra o aparecem como 32 Vam I nm Vim L nm y cos Qn yn cosQn 4 37 Todos os outros produtos integrados no per odo T s o nulos A pot nci
137. e corresponde ao custo de oportunidade depende de fatores como a taxa de juros da economia risco de capta o grau de alavancagem da empresa varia o da taxa de c mbio j que as empresas do setor el trico s o altamente endividadas em moeda estrangeira H portanto um incentivo para as empresas a reduzir os custos gerenci veis e dentro destes se encontram as despesas com manuten o e opera o bem como a parcela relacionada remunera o do capital investido Essa linha de racioc nio pode levar a um resultado l gico previs vel onde a confiabilidade no fornecimento da energia poderia ser comprometida Naturalmente a intera o entre a maximiza o econ mica com o imperativo de fornecer energia com n vel de qualidade assegurada pode levar a um planejamento voltado a otimiza o de ndices de confiabilidade 15 Partindo da premissa que esses indicadores podem n o representar adequadamente o ponto de vista do consumidor a aloca o tima dos recursos baseada nesses princ pios pode levar a resultados ruins em determinadas situa es o que levaria a perda da confian a na capacidade do fornecedor em prestar os servi os e no governo para fiscalizar efetivamente 23 Esses consumidores teriam de se adaptar a qualidade do servi o prestado em fun o de seus recursos o que levaria a in meras possibilidades A forma como os consumidores percebem os fornecedores influencia o modo de administrar a curto e longo p
138. e modo que este precisa de meios para adaptar suas instala es el tricas a essa realidade A adapta o envolve incorporar meios de armazenamento e gerenciamento de recursos energ ticos a fim de que a instala o forne a os servi os energ ticos no momento em que necess rio independente do momento em que adquire os insumos necess rios Para isso necess rio al m dos meios de armazenamento de energia um sistema aut nomo de controle posto que os consumidores residenciais n o devem viver em fun o de suas instala es el tricas Esse sistema aut nomo seria composto por elementos autom ticos derivados daqueles empregados na automa o industrial nos circuitos de comandos el tricos Dessa forma o objetivo deste trabalho analisar o potencial de aplica o dos chamados dispositivos el tricos inteligentes medidores e elementos de controle na automa o das instala es el tricas residenciais e sua poss vel intera o com as redes inteligentes Palavras chave Eletrot cnica Automa o Residencial Medi o Controle Rede inteligente ABSTRACT CAIRES Luis E Application of smart grid in residential electrical installations 2012 184f Master s Dissertation Graduate Program on Energy Universidade de S o Paulo S o Paulo 2012 Electricity as an energy resource acquired vital importance in modern society because it allows relatively easily meet the demand for their services Thus the demand for electri
139. e para a aplica o pois a fregii ncia de troca n o t o elevada face ao parque instalado Ainda assim o tempo de troca de todos os medidores n o pode ser desprezado e estrat gias em longo prazo devem ser aplicadas Na tarifa branca se prev o escalonamento dos consumidores segundo seu consumo mensal de forma que existem aqueles cuja troca invi vel optativa ou compuls ria de acordo seu consumo mensal Para os de menor consumo n o haveria a necessidade da troca em um primeiro momento Do lado das subesta es a norma IEC61850 para automa o de subesta es contempla dispositivos que operam com base na comunica o serial 26 A figura a seguir ilustra diversas configura es de protocolos de comunica o existentes no mercado Fun es Esta o centrais Gateway Interface Processo Interface Processo Interface Processo Figura 3 1 Protocolos de comunica o Fonte SANTOS L F 2007 53 3 2 3 Sistema de medi o Muitas tecnologias concorrem dentro do sistema SCADA para o funcionamento do sistema de medi o Existe uma infinidade de transdutores e atuadores espec ficos s suas fun es que transformam uma magnitude f sica qualquer em um valor el trico mensur vel No caso da rede el trica trata se apenas de um condicionamento de um sinal do ponto de vista da compatibilidade dos instrumentos e da seguran a de opera o Embora a opera o b sica seja aparentemente simples a aplica o
140. ecanismo de contagem acoplado ao eixo do disco para contar a quantidade de energia As rela es de transmiss o das engrenagens s o calculadas em fun o dos par metros el tricos e f sicos do medidor O deslocamento do m permanente permite realizar pequenos ajustes no medidor Nos dispositivos de corrente trif sica se utilizam contadores apropriados que constituem dois ou tr s elementos m veis dos contadores de indu o que exercem influ ncia atrav s de um eixo comum sobre o mecanismo de contagem comum Nos sistemas trif sicos de tr s fios para os contadores se utiliza os circuito correspondente 116 ao m todo de dois watt metros e nos sistemas de quatro fios o circuito que corresponde ao m todo dos tr s watt metros 28 Esse tipo de medidor opera satisfatoriamente em sistemas com corrente alternada com forma de onda senoidal que alimenta cargas lineares Tais cargas n o variam com a amplitude da tens o a elas aplicada e n o provocam deforma o na forma de onda presente no sistema Em um passado relativamente recente se menosprezava o efeito das cargas com baixo fator de pot ncia devido em parte aos medidores difundidos nas instala es Por outro lado se considerava que essas cargas n o apresentavam efeito significativo para o custo operacional que justificasse o uso de tecnologia mais cara para sua determina o Nesse caso se encontram o efeito de motores com baixo carregamento mec nico transforma
141. ecifica o unificadas a produ o e gerenciamento do neg cio de eletricidade ter o um padr o mais minucioso e eficiente com rela o aos processos e sistema de tributa o Isso deve aumentar o n vel de complexidade da ger ncia e das opera es Al m disso permite otimizar a execu o de projetos de energia pela sincroniza o e dimensionamento sensatos dos recursos A combina o de equipamentos pode aumentar a efici ncia dos ativos existentes reduzindo o custo de opera o e manuten o q O mercado de eletricidade flex vel e interativo a suprema express o de desenvolvimento para a rede inteligente Essa rede deve prover uma plataforma livre para o mercado de eletricidade e transa es de energia oferecer alta qualidade de servi os e otimizar a distribui o de recursos e assim promover o desenvolvimento harmonioso da ind stria da sociedade da economia e do ambiente Na base de um modelo de sistema aberto e distribui o de informa es um tipo de conex o em tempo real entre consumidores e operadores do sistema ser formado para realizar a intera o bidirecional de alta velocidade Os consumidores poderiam escolher o melhor esquema de suprimento de energia e os operadores do sistema poderiam direcionar melhor o fornecimento de energia Em um esquema de din mica de mercado a rede inteligente pode incentivar o consumidor a participar no condicionamento de energia adquirindo energia do sistema nas horas mais favor v
142. ectrical installations to this reality Adaptation involves incorporating means for storing and managing energy resources so that the installation provides energy services at the time that is required regardless of the time it purchases the necessary inputs This requires beyond the means of energy storage as a control given that residential consumers should not live according to their electrical out lets This system would consist of standalone automatic elements derived from those used in industrial automation electrical control circuits Therefore the aim of this work is to analyze the potential application of so called smart electric devices meters and control elements in the automation of residential electrical installations and their interaction with the smart grid Keywords Electrical Engineering Automation Residential Measurement Control Smart Grid 1 INTRODU O Atualmente se atribui import ncia fundamental ao crescimento sustent vel e embora o conceito n o seja objeto deste estudo ainda assim um argumento que deve ser considerado na evolu o da filosofia de projeto das instala es el tricas do futuro conectadas s chamadas redes inteligentes O crescimento sustent vel foi definido no relat rio Nosso Futuro Comum como aquele que satisfaz as necessidades das gera es presentes sem afetar a capacidade de gera es futuras de tamb m satisfazerem suas pr prias necessidades 1 Existem muitas vari veis a sere
143. eis e evitando gastos nas horas de maior demanda Esses n veis podem ser vistos como um indicador da evolu o das redes inteligentes iniciando da implementa o dos equipamentos na rede at um controle da rede pelas leis do mercado em tempo real Por outro lado esses n veis podem ser traduzidos como camadas que s o sobrepostas para formar um sistema complexo e abrangente Cada 12 camada suporta a camada seguinte e assim um conceito com alcance t o amplo pode ser desenvolvido De modo bastante simplificado o sistema operaria baseado em informa es t cnicas da rede aliadas aos princ pios de mercado e coordenado por mecanismos financeiros e tarif rios Assim a proposta deste trabalho avaliar os diversos aspectos envolvidos para indicar princ pios a serem seguidos em projetos de instala es el tricas residenciais que incorporem os avan os da automa o Para isso o trabalho foi dividido em seis cap tulos que partem das seguintes premissas q Cap tulo 1 Proposi o do cen rio futuro e proposta de trabalho q Cap tulo 2 Descri o dos interesses envolvidos e indica o de vari veis de interesse q Cap tulo 3 Descri o de sistemas de automa o e as aplica es potenciais nas instala es residenciais visando a opera o em uma rede inteligente q Cap tulo 4 Revis o das bases te ricas dos sistemas de medi o e introdu o ao problema do fator de pot ncia das cargas n o lineares q Ca
144. enta picos em tempos de condu o relativamente curtos o que coerente com esse tipo de l mpada que possui um retificador de onda completa em ponte e capacitor na sa da para suprir seu circuito principal Com a introdu o do reator de filtro o pico de corrente diminuiu e o tempo de condu o aumentou bem como o fator de pot ncia A filosofia para a corre o do fator de pot ncia utiliza filtragem dos componentes indesejados A corre o individual para cargas fixas pode ser feita com filtros passivos otimizados para essa opera o 100 Cargas vari veis podem exigir a ado o de filtros ativos que podem ser obtidos da composi o de unidades individuais sintonizadas comandadas por circuitos discretos at topologias eletr nicas mais complexas A tese com t tulo Corre o do fator de pot ncia para instala es de baixa pot ncia empregando filtros ativos apresenta uma boa introdu o geral sobre o tema situando na parte dedicada a topologias e filtros passivos Indo al m o texto trata da corre o que emprega filtros ativos estrat gias de controle e topologias culminando com a implementa o pr tica de um inversor de tens o em ponte completa 31 O assunto bastante extenso mas um ponto particularmente interessante que o filtro ativo emprega um barramento de corrente cont nua CC para seu funcionamento Considerando que muitos equipamentos hoje trabalham com fontes chaveadas que s o compat veis
145. ente para o c lculo da pot ncia ativa pois se a tens o mantida senoidal as outras harm nicas e a componente cont nua n o contribuem para a pot ncia ativa Combinando as express es do DHT com a do fator de pot ncia obtemos a rela o cosqi FP o 1 DHT h 4 87 Para ondas sim tricas a componente Io nula e a express o se resume a cosQi E v1 DHT 4 88 Considerando a passagem da express o 4 87 para a 4 88 se constata que ao se eliminar a componente cont nua do sinal um dos termos do denominador que contribui para o baixo fator de pot ncia eliminado No caso do retificador analisado que corresponde ao circuito n o linear em estudo essa corre o corresponde troca do circuito meia onda para onda completa ou seja mudan a de topologia do circuito 4 4 A corre o do fator de pot ncia em circuitos que cont m cargas n o lineares O fator de pot ncia do retificador pode ser corrigido simplesmente mudando a topologia do circuito A mudan a consiste em substituir o retificador de meia onda por um retificador de onda completa em ponte O circuito retificador de onda completa em ponte consiste numa associa o de quatro diodos cuja comuta o aos pares permite que a corrente circule na carga somente em um sentido A Figura 4 11 ilustra a liga o do retificador em ponte U DC m do Figura 4 11 Circuito retificador de onda completa Fonte Autoria pr pri
146. equipotencializa o Al m disso o assunto bastante amplo e abrange at a prote o interna dos equipamentos para constituir um sistema de prote o coordenado e integrado Desta forma se recomenda a consulta s normas da s rie IEC61024 e 1EC62350 sobre prote o de estrutura e an lise de risco al m das normas de equipamentos pertinentes A Norma Regulamentadora n 10 NR 10 do Minist rio do Trabalho e Emprego MET faz parte do ordenamento jur dico nacional e tem for a de lei Como ela trata de seguran a em instala es e servi os em eletricidade determina as diretrizes b sicas para garantir a seguran a dos trabalhadores que direta ou indiretamente lidam com a eletricidade Diferente das normas t cnicas da s rie NBR que normalizam os sistemas e procedimentos mas n o possuem o amparo legal o n o cumprimento dessa norma pode resultar em penalidades no rigor da lei Por outro lado a NRIO muitas vezes faz refer ncia a normas NBR o que acaba criando um v nculo legal para essas normas 56 O conhecimento dessas normas serve como uma base para fundamentar as aplica es de redes inteligentes em muitos de seus aspectos sendo um trabalho exaustivo pela extens o e profundidade dos temas abordados Faltam ainda alguns pormenores para que essas normas possam abranger adequadamente as redes inteligentes posto que h pontos indefinidos acerca delas mas a evolu o combinada pode sanar as dificuldades Por outro lado os
147. ereenerereerenearaenes 148 6 3 2 3 luna cin e a sereno po gaga Soho po Dava ago qa a DUENDES E EAEE EE e pinus dd ducado srs EE nees Ner Sr RE ere 157 6 3 2 4 Os velculos el tricOS acta a ea eaa aan Sa A e OL asa Nando rs Sas a bas Als aaa 159 6 4 Pot ncia m xima de transmiss o dos alimentadores rr rrrreerereeeeeerenearnnes 159 6 5 A imped ncia da linha ss ess sespasas some soser sao fas N Os asia pula bagulho E ao bia fo bso DURA ap s Sia eso 162 6 6 O controle da rede e a prote o dos circuitos rr eerrrereacerenerreereneaarannes 169 6 7 O controle autom tico aplicado s redes dom sticas nr rreeereeeeererearenes 171 CONCLUS O riiki a a EE a a a r 173 A REFER NCIAS ecrcerreeereeereceneerneerncesneerneoenaosnao sa erarasa rasa serasa rasa rasa rasa sara SNS rasa rasa NSN Na raSi 179 RESUMO CAIRES Luis E Aplica o dos sistemas inteligentes nas instala es el tricas residenciais 2012 184f Disserta o Mestrado em Ci ncias Programa de P s Gradua o em Energia da Universidade de S o Paulo S o Paulo 2012 A eletricidade como recurso energ tico adquiriu import ncia vital na sociedade moderna pois permite atender de modo relativamente simples a demanda pelos seus servi os Dessa forma a demanda pela eletricidade aumenta proporcionalmente a evolu o das popula es que dela se beneficiam O sistema el trico que produz esse insumo est
148. erg tico em fun o das acentuadas perdas no regulador s rie A pot ncia perdida no regulador corresponde ao produto da queda de tens o no transistor diferen a de potencial entre a entrada e a sa da do regulador pela corrente na carga e por isso quanto maior o consumo maior a perda Mesmo que a tens o da entrada dobre a tens o na sa da permanecer est vel desde que se respeitem os limites dos componentes e evidentemente as perdas ser o maiores Esta configura o em princ pio poderia ser utilizada para suprir equipamentos ligados em uma alimenta o de tens o cont nua ao inv s da corrente alternada suprida pela rede No entanto a maioria das fontes desse tipo opera com um transformador isolador que ligado na rede e reduz a tens o da ordem da centena de volt para a dezena Esse componente do circuito n o funciona em corrente cont nua e por isso as fontes mais antigas n o poderiam ser alimentadas por uma linha CC Atualmente o problema do baixo rendimento das fontes que disp e de regulador s rie tem sido superado por uma configura o denominada como fonte chaveada Essa configura o de fonte utilizada na maioria dos equipamentos eletr nicos sendo que algumas varia es baseadas neste princ pio acionam l mpadas fluorescentes compactas e conversores CC CC corrente cont nua para corrente cont nua S o fontes que dependem de uma chave que picota a tens o da entrada aumentando sua frequ ncia O aumento da freq
149. ergia em todo o pa s Trata se portanto de disseminar a aplica o dos princ pios de controle no sistema de distribui o posto que em um futuro pr ximo esse sistema passar a congregar a gera o distribu da de fontes alternativas Nesse caso o sistema de distribui o se pareceria com um micro cosmo do sistema de transmiss o e embora o princ pio 45 motivador seja similar a aplica o deve ser diferenciada devido ao porte dos empreendimentos Enquanto o sistema de transmiss o coordena empresas com um aparato t cnico de porte significativo no sistema de distribui o a coordena o seria feita em v rios pequenos empreendimentos com aparato t cnico modesto e o controle deve ser feito preferencialmente por sistemas autom ticos que trabalham em conjunto coordenados Esses sistemas teriam a capacidade de operar coordenados pela rede inteligente e teriam embutido em sua l gica interna os elementos t cnicos necess rios a opera o aut noma dispensando o controle constate de um especialista O conceito de resid ncia inteligente do ingl s smart home ent o tornaria acess vel ao consumidor e futuramente produtor residencial as opera es t cnicas mais complexas ao colocar se como um aplicativo amig vel que serve de meio intermedi rio entre o sistema e o operador humano O trabalho mais complexo seria criar esses sistemas especialistas que tivessem a capacidade de gerir o trabalho t cnico operacional com seguran
150. eriza la s o semelhantes Um Um Upc eficaz Te 2 4 45 e 4 46 Upc m dia Onde 81 Upc efica O valor eficaz da tens o retificada aplicada nos terminais da resist ncia R UDC m dia O valor m dio da tens o retificada aplicada nos terminais da resist ncia R e corresponde a componente cont nua Uo da s rie de Fourier Outro valor importante para os c lculos o valor eficaz da tens o da fonte senoidal Uac eficaz Esse valor se relaciona s express es definidas para o retificador de meia onda atrav s da seguinte express o que cont m o valor de pico da tens o senoidal da fonte Um Um 2 UAC eficaz 4 47 Essas express es permitem o c lculo do fator de pot ncia desse retificador A pot ncia ativa calculada pelo produto dos valores eficazes da tens o e da corrente na sa da do retificador A pot ncia aparente calculada pelo produto do valor eficaz da tens o da fonte senoidal pelo valor eficaz da corrente de sa da da mesma Devido liga o s rie do circuito o valor eficaz da corrente o mesmo na entrada e sa da do circuito retificador e isso permite simplificar a express o para obter uma rela o de tens es FP E P E Upc eficaz x Joc eficaz S Uac eficaz Inc eficaz 4 48 Como Joc eficaz Lc eficaz FP e Upc eficaz Uac eficaz 4 49 e 4 50 Onde Uac eficaz O valor eficaz da tens o da fonte senoidal Tac eficaz O valor eficaz da corrente na sa da
151. erva na express o 4 84 ou 4 85 mas afeta o c lculo do fator de pot ncia conforme se observa na express o 4 87 Para ondas sim tricas esse par metro desprezado o que leva express o 4 88 Se essa ltima utilizada no algoritmo do instrumento haver um erro associado A corrente no ensaio 4 da l mpada fluorescente compacta embora bastante distorcida conforme se pode observar na figura 4 14 sim trica Isso elimina qualquer d vida que porventura houvesse nos valores obtidos do padr o Neste caso se observa um grande erro de indica o do medidor de indu o por m isso provavelmente se deve mais ao baixo valor de corrente do que a distor o propriamente dita embora isso deve contribuir Os ensaios 3 e 5 s o similares pois utilizam a mesma configura o b sica de retificador de meia onda e l mpada por m com um capacitor de 500 uF em paralelo com essa ltima Isso aumenta a distor o da onda de corrente pois diminui o tempo de condu o a um pequeno intervalo pr ximo ao pico de tens o Nestes casos se observa uma diferen a significativa entre o medidor de indu o e o padr o e um aumento com rela o aos ensaios 1 e 2 Esse aumento entre os ensaios pode se explicar pelo fato de que embora a distor o de tens o seja pequena ela n o nula de modo que se a distor o da corrente aumenta haver um aumento da contribui o das harm nicas diferentes da fundamental Isso coerente com a afirma o de
152. es sistemas evolu ram a partir da comunica o entre instrumentos de laborat rio desenvolvidas em plataformas do tipo GPIB General Purpose Interface Bus RS232 RS485 para automa o industrial Atualmente existem redes locais desenvolvidas para aplica o residencial como a zigbee que possibilita a comunica o entre os utens lios e elementos de controle da instala o el trica no sistema conhecido como smart home O desenvolvimento desse tipo de rede tem englobado a parte de medi o pelo fato da energia ser um insumo 52 importante nas resid ncias Dessa forma existem sistemas desenvolvidos para esse tipo de rede aplicados na rede inteligente Devido ao fato de existir um grande n mero de solu es em fun o do grande n mero de interessados n o existe um consenso sobre a melhor alternativa o melhor padr o Isso um complicador para a aplica o em um sistema de medi o do tipo smart meter que envolve muitos medidores em 2011 era estimado 68 milh es no Brasil 25 cuja opera o de atualiza o envolve muito tempo e recursos se estima que levaria 10 anos 25 Uma alternativa vi vel e adotada por fabricantes de medidores dota los de uma porta de comunica o industrial do tipo RS485 para conecta los a uma rede a ser definida atrav s de um adaptador modem espec fico Isso permite a instala o dos medidores com flexibilidade para se adaptar ao tipo de rede de comunica o e longevidad
153. essamento Esses sistemas s o conhecidos pelas suas siglas em ingl s Energy Management Systems EMS Energy Management Control Systems EMCS ou Building Automation Systems BAS Atualmente os propriet rios de pr dios e gerentes das instala es devem regularmente orientar o despacho do sistema de gerenciamento de energia computadorizado pelo acesso aos sistemas existentes especifica o e comissionamento de novos sistemas avalia o das op es de contrato de servi os ou otimizando as opera es EMS 42 A tecnologia de controle est evoluindo rapidamente Mesmo para os novos sistemas h muitas possibilidades para reposi es e aperfei oamentos computadores mais poderosos e baratos maior n vel de controle das zonas sensores mais precisos programas de controle mais complexos servi os melhores etc O avan o da tecnologia combinado com a din mica natural das edifica es torna as decis es mais complicadas e dif ceis para os administradores 42 Muitas das caracter sticas avan adas desses sistemas n o s o totalmente aproveitadas Por exemplo a capacidade de monitorar e detectar tend ncias desses sistemas s o poderosas ferramentas para otimizar o desempenho na demanda por aquecimento a ventila o condicionamento de ar e a ilumina o Entretanto muitos administradores e operadores de sistema n o t m tempo para investigar todos os recursos dispon veis Aqueles que s o respons veis pelo aperfe
154. estaque representada pela onda em verde e responde pela pot ncia ativa do circuito As demais harm nicas somadas s o representadas pela ondula o em laranja e n o influenciam na pot ncia ativa 80 Corrente cont nua pulsante Componente 0 5 cont nua 0 0 Somat ria das harm nicas Excluido a Harm nica fundamental fundamental 0 5 Figura 4 4 Decomposi o da onda de corrente Fonte autoria pr pria baseada em EICHELBERGER 2009 As primeiras componentes no estudo do circuito retificador de meia onda extra das da express o anterior determinam as seguintes express es indicadas em 4 44 Im Im Ipc Toc eficaz Te 2 4 44 Onde Ipc o valor m dio da corrente retificada que flui pela resist ncia R ligada em s rie com o diodo e corresponde a componente cont nua Jo da s rie de Fourier Est representada em azul na Figura 4 4 IDC eficaz O valor eficaz da corrente retificada que flui pela resist ncia R ligada em s rie com o diodo Corresponde ao valor eficaz equivalente ao efeito de todos os componentes harm nicos e da componente cont nua da corrente sobre a resist ncia Dessa forma determina a pot ncia ativa do circuito In o valor m ximo ou de pico da corrente Atrav s desse valor todos os outros se relacionam A tens o de sa da do retificador de meia onda tem forma similar da corrente e por isso as express es matem ticas utilizadas para caract
155. existentes e medida que eles s o superados se admite que mudan as ocorram para incorporar os avan os da t cnica Nem sempre poss vel se incorporar o que h de melhor em termos de medi o aos sistemas el tricos devido aos custos elevados entretanto devido ao barateamento de dispositivos de medi o mais apurados essa barreira vai sendo eliminada N o havendo impedimentos econ micos para a ado o de medidores mais sofisticados merit rio se rever os conceitos te ricos relacionados avalia o de pot ncia com vistas a adota los nas aplica es de rotina A verifica o an lises e ajustes dos circuitos el tricos e eletr nicos levaram a necessidade de se executar medidas das grandezas que interv m nos mesmos a fim de ajustar ou substituir os v rios componentes do circuito e assim permitir o seu correto funcionamento Essas grandezas que interv m nos circuitos dependem de indica es de aparelhos el tricos de medi o pois os rg os dos sentidos do homem n o permitem avaliar diretamente as magnitudes el tricas Dessa forma foram desenvolvidos instrumentos que convertem a a o el trica em uma varia o f sica sens vel tal como o deslocamento de um ponteiro o girar de um disco o acender de uma luz etc 64 Tais instrumentos foram desenvolvidos passando por etapas evolutivas desde os primeiros anal gicos at os mais sofisticados entre os digitais e no processo definem o limite mensur vel pelas
156. ficador de entrada Fonte NDIAYE 2006 158 Esse circuito pode ser alimentado diretamente por uma tens o cont nua da ordem de 180V de modo a operar de maneira satisfat ria Testes apontam que a forma de onda da corrente deste tipo de carga quando alimentada por tens o alternada do tipo peri dico pulsante conforme ilustra a figura a seguir Tek MEME 25 0k5 z 1873 Acqs uu 460mA i i o MATA O A FEM pesos 4 2 8ms N D j maat Figura 6 11 Forma de onda de corrente em uma l mpada fluorescente compacta de 15W alimentada por tens o alternada Fonte Autoria pr pria a partir de NDIAYE 2006 Esse tipo de l mpada apresenta um pico de corrente de aproximadamente 460mA e a largura da base de aproximadamente 2 80ms a freq ncia de 60 Hz em corrente alternada Quando alimentada com tens o cont nua com valor aproximado de 163V o valor m dio da corrente da l mpada 92mA resultando em uma pot ncia de aproximadamente 15W Existe uma pequena ondula o na tens o e uma grande ondula o na corrente cujo valor de pico de aproximadamente 196mA A figura a seguir ilustra a forma de onda da corrente 196mA RPA 0 mA Figura 6 12 Forma de onda de corrente em uma l mpada fluorescente compacta de 15W alimentada por tens o cont nua Fonte Autoria pr pria 159 6 3 2 4 Os ve culos el tricos A opera o de sistemas que cont m o armazenamento de energia por
157. fun o das muitas vari veis e interesses envolvidos entretanto j se desenvolvem trabalhos nesse sentido e existem tecnologias e m todos desenvolvidos para atender outras necessidades que podem contribuir com a evolu o das redes Uma observa o mais cuidadosa permite compreender melhor essas rela es e verificar essas premissas 3 1 Princ pios e caracter sticas das redes inteligentes Uma rede inteligente caracterizada por uma estrutura de tecnologia da informa o de alto n vel que pode transmitir energia e informa o ao menos no modo bidirecional do usu rio para o sistema e vice versa Para compreender os princ pios e caracter sticas essenciais hoje associados rede inteligente necess rio definir sua import ncia como plataforma sobre o qual tanto a gera o de energia el trica atual como o potencial aumento produzido por fontes renov veis descentralizadas ser fundamentado A partir dessa perspectiva o Comit Intelligrid do EPRI Electric Power Research Institute desenvolveu uma vis o pioneira para o fornecimento de energia el trica ano futuro apontando os elementos b sicos e principais caracter sticas dessa plataforma q Interatividade Com a finalidade de obter o melhor desempenho econ mico do sistema obrigat rio conceder ao usu rio ampla vis o e pleno acesso s tarifas de energia possibilitando a resposta demanda representada pela varia o dos pre os das tarifas q Capac
158. ga um o fluxo criado pela bobina de tens o cuja indut ncia elevada est atrasado de aproximadamente 90 graus em rela o ao fluxo criado pela bobina de corrente e assim o torque m ximo Por outro lado se o fator de pot ncia da carga zero o fluxo criado pela bobina de corrente entra em fase com o da bobina de tens o e o torque m nimo Em qualquer outro fator de pot ncia a corrente pode ser decomposta em duas componentes proporcionais ao seno e ao co seno do ngulo de fase entre a tens o e a 114 corrente A componente correspondente ao seno produz um fluxo em fase com o fluxo da bobina de tens o e por isso n o produz torque Por isso o torque desenvolvido somente proporcional a pot ncia ativa da carga nesse tipo de medidor o que implica na express o 5 8 Mror Kror U I cos 0 5 8 Mror Kror P 5 9 Mas para que o n mero de rota es do contador seja proporcional energia que passa pelo seu mecanismo preciso contrapor ao momento de rota o o momento de travagem Mrr que proporcional velocidade de rota o da parte m vel isto o disco do contador 28 Este momento aparece devido a o do campo de um m permanente sobre o disco do contador No processo de rota o o disco atravessa o campo do m permanente o que induz nele uma for a eletromotriz eg A for a eletromotriz diretamente proporcional indu o magn tica B velocidade perif rica v
159. gas n o lineares na forma de equipamentos eletr nicos imp s a esses profissionais problemas de interpreta o para os quais algumas vezes n o se encontram devidamente preparados 30 A presen a de cargas n o lineares nas instala es el tricas pode ser percebida pelo consumidor residencial atrav s da aplica o de multas decorrentes do baixo fator de pot ncia apurado pelos medidores de energia eletr nicos Dessa forma a influ ncia das cargas n o lineares sobre o fator de pot ncia adquire uma import ncia revitalizada devido ao interesse despertado na sociedade O baixo fator de pot ncia que se observa devido presen a de cargas n o lineares diferente daquele produzido por reatores e capacitores e por isso o m todo de corre o deve levar em conta as particularidades desses elementos do circuito Independente da natureza do baixo fator de pot ncia poss vel propor dois circuitos simples um contendo uma carga n o linear e outro uma carga linear que apresentam caracter sticas similares para compara o Atrav s da aplica o das express es utilizadas nos c lculos de circuitos el tricos com retificador de meia onda se observa a diferen a de tratamento para uma carga linear e para uma carga n o linear e porque as formas de corre o do fator de pot ncia devem respeitar essa diferen a Al m disso esses circuitos simples podem ser utilizados para verificar o funcionamento dos medidores Os circuitos s o con
160. ho condutor estanhado Tipo de encordoamento Di metro do fio elementar mm Fio s lido ou corda compacta Redondo normal Flex veis Forma de reuni o Cabos unipolares ou multipolares com veias paralelas n o torcidos gt 0 60 lt 0 60 gt 0 60 lt 0 60 Cabos multipolares com veias torcidas n o flex veis Cabos multipolares com veias torcidas flex veis Quadro 6 1 Caracter sticas dos condutores k2 1 00 1 02 1 04 1 03 1 04 k3 1 00 1 02 1 05 A temperatura de opera o do cabo tamb m influencia na opera o produzindo um aumento da resist ncia el trica diretamente proporcional O valor da resist ncia a uma temperatura O de trabalho dado pela express o Re R 1 0120 0 20 6 4 164 Sendo 00 3 93 x 10 1 C para o cobre ou 4 03 x 10 1 C para o alum nio H um acr scimo devido aos efeitos pelicular e de proximidade Rca Re 1 Ys Yp Q km 6 5 po 192 0 8 X 6 6 km x X SEN os k Re 6 7 d i 2 ah Ooo 192 0 8 X S S EMO 40 27 192 0 8 Xp 6 8 x p STRIS viot tk Ro 6 9 Onde q Ro a resist ncia a uma temperatura O de trabalho q Rca a resist ncia devido aos efeitos pelicular e de proximidade q dc o di metro do condutor em mm de dx di metro de um condutor circular de mesma se o q S a dist ncia entre os eixos dos condutores em mm para cabos com condutores setori
161. i oamento do sistema ou sua aquisi o nem sempre s o capazes de estudar a exata necessidade de energia de suas instala es e acabam confiando nas especifica es dos vendedores Dessa forma eles podem n o 134 receber o sistema timo para suas edifica es Al m disso o processo de comissionamento que pode ser cr tico no sucesso do sistema relativamente desconhecido para muitos daquele pessoal encarregado das instala es 42 Isso obviamente se aplica a edifica es onde h o gerenciamento autom tico de energia e geralmente ocorre em fun o das exig ncias econ micas das instala es No ambiente industrial e comercial de grande porte h uma grande exig ncia para otimizar o uso do recurso energ tico e no ambiente residencial n o pr tica comum Isso provavelmente se deve ao fato dos sistemas envolvidos para otimizar o desempenho energ tico das instala es ser oneroso para os propriet rios das constru es e ainda n o se percebem os benef cios a serem alcan ados ou estes s o insuficientes Al m disso esses sistemas de grande porte exigem operadores qualificados nem sempre dispon veis na opera o dos condom nios residenciais por exemplo O desenvolvimento de sistemas autom ticos que possam ser instalados e operados a partir de recursos mais comuns desej vel e pode contribuir para maior difus o desses conceitos na opera o das instala es residenciais O foco nas instala es residenciais
162. ia No quesito de confiabilidade no fornecimento de energia a quest o da seguran a um item importante posto que nessas instala es haver mais de uma fonte de energia que deve ser desligada no caso de manuten o ou mesmo de um sinistro curto ou sobrecarga Deste modo a coordena o das prote es e os procedimentos de desligamento das instala es devem ser mais bem elaborados A quest o da seguran a importante tanto para as concession rias como para os consumidores e suas instala es devem trabalhar de modo coordenado No conceito de rede inteligente se prop e que o consumidor forne a energia para a concession ria mas isso deve ser feito sob a coordena o desta ltima que respons vel pelas interven es f sicas no sistema Isso significa que nos desligamentos da rede executados pela concession ria os consumidores conectados ao ponto espec fico da rede n o devem fornecer energia Para isso existem inversores de fregii ncia que trabalham em sincronismo com a rede e se desligam automaticamente em caso de aus ncia de tens o Dessa forma uma instala o residencial que opera com tens o cont nua e com v rias fontes pode operar coordenada com a rede da concession ria e no caso de falta de fornecimento pode operar com seus pr prios recursos com risco m nimo para o pessoal de manuten o da concession ria Na improv vel hip tese do circuito de tens o cont nua ser ligado ao secund rio do transformador d
163. ia reativa excedente calculada de acordo com as seguintes f rmulas 2 13 e 2 14 30 ERE EEAMr a D VRer T 1 2 13 De IMAX PAMr o PAF VRore t 1 2 14 Onde Ere valor correspondente energia el trica reativa excedente quantidade permitida pelo fator de pot ncia de refer ncia fr no per odo de faturamento em Reais R EEAMr montante de energia el trica ativa medida em cada intervalo T de 1 uma hora durante o per odo de faturamento em megawatt hora MWh fr fator de pot ncia de refer ncia igual a 0 92 fr fator de pot ncia da unidade consumidora calculado em cada intervalo T de uma hora durante o per odo de faturamento observadas as defini es dispostas nos incisos I e II do 1 deste artigo B 1 Para apura o do Erg e Dre p deve se considerar B I o per odo de 6 seis horas consecutivas compreendido a crit rio da distribuidora entre 23h 30 min e 6h 30 min apenas os fatores de pot ncia fr inferiores a 0 92 capacitivo verificados em cada intervalo de 1 uma hora T e B Il o per odo di rio complementar ao definido no inciso I apenas os fatores de pot ncia fr inferiores a 0 92 indutivo verificados em cada intervalo de 1 uma hora T VRer valor de refer ncia equivalente tarifa de energia TE da tarifa de fornecimento em Reais por megawatt hora R MWh considerando se para os co
164. ica bastante atraente na opera o de geradores distribu dos em uma micro rede pois mesmo na falha do sistema de controle central a opera o ainda poss vel coordenada pelo n vel de tens o ainda que o sistema n o se ajuste no ponto timo de opera o o que beneficia a confiabilidade Por outro lado as manobras em corrente cont nua s o mais complicadas devido ao fato de n o haver passagem pelo zero que uma caracter stica da corrente alternada aproveitada por muitos dispositivos de prote o tais como disjuntores chaves rel s fus veis etc O semicondutor que forma os circuitos eletr nicos de pot ncia tem uma baixa capacidade t rmica e portanto pode ser destru do em poucos mil simos de segundo por um aumento r pido e repentino da corrente provocado por um curto circuito 55 Os fus veis normais de baixa tens o mesmo os mais r pidos n o s o adequados para prote o de diodos retificadores e tiristores contra os efeitos do curto circuito Por isso tipos especiais de fus veis t m sido desenvolvidos que s o descritos como ultra r pidos ou como fus veis semicondutores As principais causas de curto circuito nos conversores s o q O curto circuito da carga ou da linha que a alimenta 170 q O curto circuito de um diodo retificador ou de um tiristor devido perda de sua capacidade de bloqueio no sentido reverso e q No caso de inversores a condu o direta devido a uma falha de comuta
165. ica se examinam as teorias em busca de express es matem ticas que permitem calcular as rela es entre as vari veis de interesse Nesse caso as vari veis f sicas representam apenas quantidades de um bem de consumo quantific veis e represent veis financeiramente atrav s de um pre o que deve ser otimizado buscando a solu o mais econ mica No problema apresentado se quer calcular o custo da luz utilizando o mesmo sistema de ilumina o por m adotando uma solu o t cnica para um problema tecnol gico O custo da luz foi definido como a rela o entre o custo anual da instala o em d lar e o n mero de lumens hora gerados no mesmo per odo Isso define que a nica finalidade do investimento a produ o de luz Devido s quantidades envolvidas a unidade de refer ncia US MIm h ou seja d lares por milh o de lumens hora Para isso devem ser analisados os custos relacionados instala o e opera o do sistema de ilumina o que compreendem os custos de investimentos da energia e da manuten o CT CI CE CMO 2 20 Onde CI s o os custo de investimentos CE o custo da energia e CMO s o os custos de manuten o Depois de ter reduzido os problemas de engenharia a fatos f sicos fundamentais que o primeiro passo o engenheiro disp e das grandezas f sicas necess rias an lise como a pot ncia e o fluxo luminoso Al m disso sabe dos custos associados aos componentes necess rios e po
166. idade de adapta o Uma rede inteligente deve se adaptar s mudan as do ambiente circundante que podem exercer influ ncia sobre ela tendo inclusive a capacidade de auto recupera o pelo re direcionamento de seus recursos q Previsibilidade Uma rede inteligente n o tem somente a capacidade de adapta o e corre o de eventos mas tamb m capaz de diagnosticar situa es de risco potencial antes que efetivamente ocorram q Otimiza o No que diz respeito efici ncia b sica do sistema a rede inteligente tem meios para otimizar o n vel de utiliza o da capacidade instalada Atrav s de monitora o cont nua previsibilidade j mencionada e controle pela interatividade o sistema pode racionalizar o uso de seus ativos reduzindo as 47 perdas de modo a postergar investimentos destinados constru o de novas plantas q Integra o As redes inteligentes devem reunir sistemas de monitoramento controle prote o e manuten o al m de fun es avan adas como EMS Energy Management System e DMS Distribution Management System q Seguran a de dados Uma rede inteligente assim como qualquer sistema baseado na tecnologia da informa o deve garantir a seguran a dos dados que por ela trafegam 3 2 Tecnologias de automa o dispon veis para suporte de redes O suporte t cnico para uma rede com as caracter sticas apontadas pelo Intelligrid est em princ pio dispon vel pois foi desenvolvid
167. idade desde que a eletricidade passou a ser um bem de consumo generalizado Dispositivos simples como minuterias e sensores foto el tricos que controlam a ilumina o de reas comuns dos edif cios sensores de n vel para controle de bombas de gua comandos el tricos por rel s e contatores para o controle dos elevadores termostatos etc fazem parte da realidade de muitas resid ncias h muitos anos Esses dispositivos sofreram aperfei oamento ao longo dos anos e se tornaram mais sofisticados ao incorporar os avan os da eletr nica digital e de pot ncia Al m disso muitos desses dispositivos foram integrados para trabalhar em conjunto em sistemas de gerenciamento computadorizado de energia conforme descri o pr via Dessa forma o que se conhece por edif cio inteligente do ingl s smart building representa a evolu o dos sistemas autom ticos nas instala es prediais e incorpora os avan os na filosofia de integra o dos sistemas o que inclui os servi os el tricos A difus o dos dispositivos mais avan ados para as aplica es residenciais muitas vezes defasada em fun o dos pre os desses equipamentos que em um primeiro momento elevado devido ao custo para o seu desenvolvimento e depois tende a diminuir com a produ o em escala Al m desse componente fundamental a praticidade de uso um item importante para as aplica es residenciais pois um sistema muito sofisticado por m de uso demasiadamente c
168. ina do aparelho varia de 180 logo muda a dire o do momento de rota o e o ponteiro do aparelho fica esquerda do ponto zero da escala Essa propriedade particularmente til na opera o de geradores Para impedir a possibilidade de liga o incorreta dos circuitos nos watt metros se identificam seus terminais 28 104 Figura 5 1 Representa o simplificada do medidor eletrodin mico Fonte KASSATKIN 1980 5 1 2 O medidor eletr nico Fundamentalmente a medi o da pot ncia envolve o produto de duas grandezas mensur veis a tens o e corrente Se os valores utilizados neste produto s o instant neos a pot ncia obtida tamb m o ser Os medidores eletromec nicos fazem internamente essa opera o a partir de processos f sicos exibindo um resultado final que corresponde ao valor m dio da pot ncia instant nea Essa configura o possui limite de fregii ncia relativamente baixo para as aplica es industriais e residenciais modernas que utilizam dispositivos eletr nicos Com o crescente interesse em conserva o da energia aumentou a demanda por fontes de energia el trica mais eficientes que operam com elementos chaveados de alta frequ ncia e por isso os equipamentos de medi o atuais t m de superar os limites dos medidores mais antigos A fim de superar o limite de frequ ncia os fabricantes de instrumentos desenvolveram o medidor de pot ncia baseado na tecnologia de amostragem digital
169. inosa e mec nica potencial e din mica O servi o prestado pela energia el trica convertida para essas formas finais pode ser auxiliado ou substitu do por fontes externas conforme a aplica o Entretanto pode ser vantajoso do ponto de vista da flexibilidade da instala o a opera o h brida com eletricidade Existem aplica es que n o funcionam adequadamente sem energia el trica tais como alguns sistemas autom ticos computadores televisores e l mpadas el tricas Nestes 138 casos se deve elaborar um projeto prevendo a gera o local que envolve os geradores solares e licos e abrange os acumuladores que recebem a energia el trica da rede e a armazenam na forma qu mica Muitas configura es s o poss veis em fun o das propriedades dos elementos envolvidos mas para efeito de simplifica o neste trabalho se adota a premissa de que o armazenamento energia condi o fundamental A partir dessa hip tese se discutem os meios pelos quais os componentes podem ser integrados em um sistema do ponto de vista de seus potenciais t cnicos 6 3 1 Sistemas de baterias A opera o de acumuladores el tricos tem as suas particularidades pois envolvem sistemas eletrogu micos complexos que necessitam de dispositivos de controle sofisticados As baterias eletroqu micas representam a tecnologia de obten o de energia el trica mais antiga e ainda hoje a mais utilizada para o seu armazenamento o dispositivo que c
170. iodo e a resist ncia Dispondo das express es anteriores poss vel simplificar a f rmula acima at obter um valor num rico para o fator de pot ncia 95 J2 Uac eficaz Upc eficaz hR Uac eficaz FP Uac eficaz E 1 Uac eficaz 4 94 e 4 95 Devido ao processo de comuta o a corrente drenada da fonte tem a forma senoidal e em fase com a tens o de modo que o fator de pot ncia igual a um neste circuito Isso confirmado pela distribui o no espectro de freq ncias da onda de corrente conforme se observa na Figura 4 12 1 50 5 1 254 1 00 4 750 00m 4 Corrente A 500 00m 4 250 00m 4 o nam o 180 360 540 Freq ncia Hz Figura 4 12 Espectro de freq ncias do retificador de onda completa Fonte Autoria pr pria O valor da resist ncia calculada igual quele calculado para o circuito resistivo puro ou seja 100 ohms A corre o do fator de pot ncia neste caso foi obtida pela elimina o das harm nicas de frequ ncia diferente da fundamental e da componente cont nua observados do lado da fonte atrav s de uma disposi o adequada da comuta o do circuito Nem sempre se consegue a corre o pela topologia do circuito por exemplo se houvesse um capacitor ou indutor de filtro na sa da de corrente cont nua Como a corre o do fator de pot ncia envolve a elimina o de componentes harm nicos o modo de corre o pode contar ainda com o uso de filtros
171. isso contribui para que a ondula o seja desprez vel O controle do n vel de tens o da sa da pode ser feito pela altera o da largura do pulso de controle No circuito da figura anterior a propor o do tempo ligado para desligado de 50 Se essa propor o for alterada para 10 o valor da tens o na sa da do circuito cai para aproximadamente 17 daquele observado na condi o anterior DIODO DE ENTRADA TRANS STOR DIODO DE ENTRADA TRANS STOR L r Mae DIODO DE ii SA DA e DoDo DE CAPACITOR DE sa P Stkonm SA DA ENTRADA CAPACITOR DE m tur CAPACITOR DE SA DA G I CY 1 ENTRADA m CAPACITOR DE ru SAIDA Figura 6 6 Princ pio de opera o da fonte chaveada Fonte Autoria pr pria Exemplo de fonte chaveada tipo buck O circuito da esquerda apresenta largura de pulso de controle de 50 o da direita 10 154 Existem circuitos integrados dedicados a esse tipo de controle como por exemplo o STR81159A e o STR 50112A que possibilitam s novas gera es de equipamentos eletr nicos operarem com seguran a em faixas de tens o de 110 a 240VCA Al m disso tais equipamentos por incorporarem a tecnologia das fontes chaveadas podem operar alimentados tanto por tens o cont nua como tamb m alternada Televisores computadores e outros eletrodom stic
172. ito contendo carga n o linear vi vel mesmo sem os modernos instrumentos digitais desde que se observe a caracter stica de opera o desses equipamentos 4 3 1 Pot ncia ativa e pot ncia instant nea Outra forma de analisar os circuitos pode ser atrav s da observa o do comportamento da pot ncia a Figura 4 8 apresenta as curvas da pot ncia instant nea simulada para as tr s cargas analisadas DADA PAVAN ANN ri ii AAA Figura 4 8 Curvas de pot ncia instant nea para os tr s circuitos simulados Fonte Autoria pr pria Os gr ficos da esquerda para a direita correspondem ao circuito resistivo indutivo e n o linear respectivamente As escalas s o 200W divis o no eixo vertical e Sms divis o no eixo horizontal Embora a pot ncia ativa seja a mesma nas tr s situa es pois os circuitos foram projetados para isso o comportamento da pot ncia instant nea diferente para cada uma delas Observa se que o maior pico de pot ncia ocorre no caso n o linear o que compreens vel pois existem per odos em que a pot ncia instant nea nula e como o valor m dio deve permanecer o mesmo dever haver uma compensa o Fen meno similar se observa na curva do circuito indutivo onde o pico de pot ncia maior que no resistivo compensando o deslocamento no eixo vertical conforme se observa no gr fico central da Figura 4 8 Tamb m se evidencia o principal defeito do retificador de meia
173. ito linear que o fator de pot ncia seja igual ao do circuito n o linear ou seja igual a 0 71 Isso implica em um ngulo de defasagem de 45 cuja tangente igual a um e portanto o valor da reat ncia indutiva deve ser igual ao valor da resist ncia conforme indicado pelas express es matem ticas a seguir 83 cosq 0 71 q arccosq 45 tano tan45 1 XL tanQ R a R X R 4 56 a 4 61 O exemplo dado em fun o da pot ncia 100W considerada como o trabalho til e da tens o de alimenta o do circuito de 100 V Com esses dados poss vel calcular todos os par metros do circuito linear P U I cosq I P oe at 1 408 A U cos 100 0 71 Z a 71 029 I R Z cos 71 02 cos45 50 2Q X Z seno 71 02 sen45 50 20 ip at 133ImH 2 n f 2 m 60 4 62 a 4 67 Dessa forma se projetaram tr s circuitos para estudo comparativo um circuito formado somente por uma resist ncia de 100 ohms um com carga linear formada por uma resist ncia de 50 ohms e uma indut ncia de 133mH e outro com carga n o linear formada por uma associa o s rie de um diodo com uma resist ncia de 50 ohms conforme ilustra a Figura 4 5 Nas simula es para considerar algum efeito de perdas no alimentador foi admitida uma linha de transmiss o que interliga a fonte e a carga representada por uma resist ncia de um ohm 84 133 mH VUUQU diodo oov V 100V 100 Q 50Q 50Q Figura 4 5
174. licados nas redes de distribui o tendem a se disseminar por todos os elementos do sistema chegando ao consumidor final que provavelmente ser afetado por eles Dessa forma o conhecimento do conceito da rede inteligente pode influenciar mudan as na filosofia de projeto das instala es el tricas das edifica es O conceito de rede inteligente ou smart grid em ingl s n o est totalmente sedimentado pois esse sistema est se desenvolvendo Por isso existe um conjunto de atributos e elementos que descrevem aquilo que se pretende obter com ela Por exemplo uma rede inteligente deveria ser capaz de prevenir a falha total do sistema permitir a identifica o de furto de energia facilitar a incorpora o de novas fontes de energia etc O discurso prolixo associado ao tema das redes inteligentes se deve ao conjunto de problemas que se espera suplantar com esse aperfei oamento da tecnologia existente que figura como a cura de muitos dos males do sistema atual Entretanto se implantado esse sistema poss vel deduzir que poder haver mudan as na forma como se relacionar o os consumidores e fornecedores que devem ter atribui es cada vez mais integradas e operar em simbiose Nessa associa o de interesses a retirada de carga em hor rios estrat gicos pode ser visto pelo sistema como equivalente gera o localizada por exemplo Isso deve 10 ocorrer em um cen rio em que as tarifas possam ser alteradas nos hor rios
175. ligentes que podem ser os utens lios dos usu rios ou os dispositivos da rede at os sistemas de prote o coordenada inteligente Dessa forma se percebe que o alcance imenso e a quantidade de informa es pertinentes e dispon veis tamb m Isso permite ao projetista uma grande liberdade em fun o da aplica o por m exige o conhecimento de uma gama maior de produtos normas e servi os 3 3 As aplica es residenciais As bases para a implanta o de um sistema de automa o residencial podem ser sedimentadas atrav s da aplica o dos sistemas existentes na ind stria Isso uma pr tica comum visto que muitos dos utens lios dom sticos atuais foram desenvolvidos inicialmente para auxiliar os processos produtivos Daquilo que foi estabelecido anteriormente como o estado da arte da automa o poss vel identificar elementos aplic veis s instala es residenciais A dimens o hist rica evolucion ria permite divisar como aplicar esses elementos De modo geral a automa o foi desenvolvida com base em dispositivo eletromec nico denominado rel auxiliado por interruptores e sensores diversos Um rel um dispositivo composto de um receptor e uma parte executiva que geralmente um contato el trico O receptor ao receber a influ ncia de uma grandeza 58 f sica corrente tens o temperatura intensidade luminosa aciona a parte executiva mudando seu estado A caracter stica de comando de um rel de
176. logia e pessoas estejam alinhados sua estrat gia de neg cio para transformar o relacionamento com seus clientes em oportunidades de neg cios gerando resultados positivos sustent veis de longo prazo e o equil brio econ mico financeiro na busca da rentabilidade empresarial A compara o entre a evolu o dos indicadores DEC e FEC Brasil e da Light evidenciam que h um alinhamento estrat gico entre as empresas distribuidoras do setor el trico e A percep o dos clientes no aspecto Atendimento Fatura Imagem e Satisfa o Geral foi mal avaliada pelos seus clientes ficando abaixo do ndice ABRADEE 21 Assumindo todas essas premissas como verdadeiras observamos que h um grande interesse nas informa es comerciais Esse aspecto em particular parece motivar o interesse nas tecnologias mais modernas de medi o o chamado medidor inteligente do ingl s smart meter Esses medidores incorporam tecnologia de comunica o remota e algumas fun es de medi o e registro que os antigos medidores eletromec nicos n o dispunham Isso possibilita medi o em reas de dif cil acesso e a apura o de valores antes indispon veis para o c lculo rotineiro da tarifa por exemplo a medi o do fator de pot ncia A medi o do fator de pot ncia pode ser um problema para o consumidor residencial pois torna poss vel a concession ria cobrar pela energia reativa excedente Atualmente muitas das cargas dom sticas apresent
177. los seguintes motivos 43 q Reduzir o uso residencial da energia em constru es novas e existentes q Cortar os picos de carga da rede q Melhorar o conforto das habita es q Responder aos picos de pre o cr ticos nuvens etc q Otimizar o consumo de energia para calefa o pois muitas pessoas n o t m tempo para programar seus termostatos program veis H uma nfase na otimiza o da capacidade energ tica do sistema indicada na premissa de se cortar picos de carga da rede O deslocamento da demanda condi o fundamental para controlar os picos no sistema e sua import ncia se observa na exist ncia do chamado hor rio de ver o Essa uma medida de deslocamento de demanda mais simples de aplicar entretanto com a evolu o do consumo tende a ser insuficiente Dessa forma meios mais sofisticados s o necess rios e esses tendem a alcan ar o consumidor residencial impondo restri es ao uso da energia em per odos cr ticos e incentivando seu uso em momentos mais prop cios 137 Para conciliar as suas necessidades com as restri es impostas ao fornecimento o consumidor dever avaliar as op es dispon veis para gerenciar seus recursos Essas op es muitas vezes implicam em a es em per odos em que o consumidor n o pode atuar sobre suas instala es de modo que sistemas de controle autom ticos locais ou remotos podem ser necess rios 6 3 Meios para gerenciamento integrado de recursos O
178. ltros ativos Esses filtros possuem em sua composi o partes que operam com tens o cont nua havendo elementos nos circuitos similares aos conversores CC CC corrente cont nua para corrente cont nua Al m disso a opera o com corrente cont nua menos exigente com a qualidade do sinal entregue na sa da diferente de um inversor que entrega um sinal senoidal que n o deve ser distorcido e precisa ser sincronizado com a rede no caso da opera o em paralelo Uma parcela consider vel dos equipamentos el tricos de uma instala o compat vel com a corrente cont nua Exemplo disso s o as l mpadas compactas os computadores e os televisores pois todos eles possuem fator de pot ncia baixo e muitos deles podem operar com tens o cont nua com valor pr ximo do nominal definido para corrente alternada 141 Esses equipamentos poderiam ent o ser ligados em um circuito comum alimentado por um conversor CA CC com alto fator de pot ncia similar ao filtro ativo utilizado para a corre o o que eliminaria um problema para o grupo de equipamentos Esses fatos associados podem reavivar o interessante para a aplica o da corrente cont nua como forma de transmitir a energia el trica dentro de uma edifica o 6 3 2 Instala es e equipamentos el tricos em corrente cont nua Motivo de debate no princ pio da ind stria de energia el trica a modalidade de corrente foi definida a favor do sistema alternado para as instala
179. m em conjunto com os equipamentos que elas suprem e atualmente tem bom rendimento boa estabilidade e podem operar de modo bastante flex vel Um exemplo de tal flexibilidade a tens o de opera o que em alguns casos abrange faixas de 100 a 240V por exemplo 176 Al m disso muitas dessas fontes podem ser alimentadas diretamente por tens o cont nua o que pode ser interessante para determinada aplica o Os inversores eletr nicos de fregii ncia incorporam o ajuste mais fino da velocidade e de par metros de partida de motores de indu o que s o melhores se comparado aos circuitos de comandos el tricos Entretanto esses equipamentos eletr nicos influenciam negativamente o fator de pot ncia da carga instalada de modo que a pot ncia consumida para produzir trabalho menor que a pot ncia aparente drenada da rede A corre o desse problema pode ser feita por meio de filtros passivos ou ativos No caso das cargas eletr nicas que produzem harm nicas a melhor solu o pode ser o uso de filtros ativos Para a corre o ativa do fator de pot ncia das instala es s o utilizados dispositivos eletr nicos aparentados com as fontes chaveadas que possuem uma etapa intermedi ria de corrente cont nua Se os equipamentos da instala o el trica pudessem ser alimentados com essa corrente cont nua uma etapa de condicionamento da energia el trica seria eliminada As fontes de energia alternativas tais como geradores e lic
180. m ponderadas para a aplica o deste princ pio entretanto podemos iniciar o racioc nio a partir dele para fins de estudo A aplica o deste princ pio da forma como apresentado no m nimo uma tarefa complexa pois envolve a defini o de satisfa o das necessidades presentes e futuras em um contexto vari vel Por exemplo um equipamento que satisfaz uma necessidade presente com um consumo de insumos energ ticos pode evoluir fazendo o mesmo trabalho com menor demanda e com isso a defini o de capacidade das gera es futuras satisfazerem suas necessidades varia na escala do tempo Por outro lado o crescimento populacional pode compensar o aumento da efici ncia dos equipamentos Al m disso a defini o das necessidades presentes e futuras tamb m muda durante as v rias gera es em fun o do clima da moda etc Do ponto de vista da engenharia que visa atender s necessidades da sociedade a partir de recursos tecnol gicos e te ricos definidos n o existe margem para ambigiiidade Neste caso podemos interpretar por sustent vel um sistema cuja manuten o possa ser assegurada durante sua vida til a um custo aceit vel A sutil diferen a na combina o de palavras de uma defini o para sua interpreta o est na forma de aplica o Nessa interpreta o a primeira vari vel associada o tempo ou melhor longevidade do projeto e a partir disso consideramos tamb m os recursos dispon veis facilidade de implementa
181. m programa em rela o ao outro depende dos recursos dispon veis e da compatibilidade dos medidores utilizados O trabalho de programa o e montagem do sistema consiste no ajuste das propriedades dos objetos e programa o das fun es espec ficas onde necess rio Os elementos f sicos do sistema SCADA se confundem com sua contraparte virtual nos programas devido ao relacionamento estreito entre eles A programa o voltada a objetos descreve os componentes do sistema por suas propriedades levando ao conceito de instrumentos virtuais mais conhecidos pela sigla em ingl s V I ou Virtual Instruments Dessa forma a arquitetura do sistema SCADA abrange os sistemas de controle comunica o e os atuadores No inicio esses sistemas operavam com rel s e transdutores anal gicos mas com o desenvolvimento da capacidade dos dispositivos computacionais e sua dissemina o no ambiente industrial a l gica SCADA foi embutida nos equipamentos Um exemplo disso o CLP controlador l gico program vel que muito utilizado na ind stria para controle de equipamentos O sistema SCADA basicamente constitu do por um computador principal denominado Unidade Terminal Mestre UTM que se conecta a v rias Unidades Terminais Remotas UTR As UTR s o respons veis pela aquisi o dos dados dos sensores em campo e pelo comando de equipamentos Al m disso as UTR enviam os dados dos sensores para a UTM 50 A UTM tem a fun o de receber os
182. ma corresponde a cerca de 5 da energia total requerida pelas distribuidoras o que representa um nus anual de cinco bilh es de reais e um impacto tarif rio de 4 a 17 dependendo da concession ria A tabela a seguir mostra a varia o das perdas em fun o da concession ria Tabela 2 3 Perdas comerciais do mercado de venda de energia CONCESSION RIA PERDA CONCESSION RIA PERDA EEB BRAGANTINA 0 2 COELBA 65 CAIU 0 4 CELPA 6 7 RGE 1 1 ELETROPAULO 8 4 BANDEIRANTE 1 2 AMPLA 15 2 COPEL 1 3 LIGHT 15 7 CELESC 1 3 CELPE 18 7 CPFL 2 6 CEMAR 21 3 ELEKTRO 3 0 CEPISA 26 1 PIRATININGA 3 9 CERON 29 5 COSERN 6 5 Fonte ANEEL 2005 Dentro das perdas n o t cnicas ou comerciais a inadimpl ncia corresponde ao montante da receita faturada e n o recebida pela distribuidora O ndice de inadimpl ncia expressa esse montante como percentagem do faturamento total anual acumulado Estima se que as contas vencidas e irrecuper veis do setor correspondam a 1 2 do faturamento o que totaliza aproximadamente um bilh o de real ao ano Dentro das iniciativas para o combate s perdas est o desenvolvimento de novas tecnologias e procedimentos que dificultem o furto de energia e mecanismos mais eficazes de cobran a de faturas em atraso al m da dissemina o do uso adequado da energia a englobando n o s os aspectos relacionados ao uso seguro mas tamb m eficaz e adequado ao or amento dom stico dos consumidore
183. malizados devem orientar mas n o restringir os projetos Por isso a aten o aos princ pios te ricos que regem a opera o correta e segura de uma instala o deve ser intensificada e assim com o tempo ser o criadas as normas e procedimentos para facilitar e difundir a aplica o de sistemas autom ticos integrados em instala es residenciais 179 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS 10 UNITED NATION WORLD COMMISION ON ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT WCED Our common future 1987 Dispon vel em lt upload wikimedia org wikisource d d7 Our common future pdf gt Acesso em 7 fev 2012 U S DEPARTMENT OF ENERGY Grid 2030 a national vision for electricity s second 100 years USA 2003 46p DU Xin Wei YE Qiang Review of smart grid and its development prospect in sichuan In POWER AND ENERGY ENGINEERING CONFERENCE 2010 China Proceedings APPEEC Chengdu 2010 EMANUEL A E IEEE Standard 1459 a Long Overdue Document industrial and commercial power systems 2003 IEEE Technical Conference Missouri 2003 FERREIRA A B H Novo dicion rio Aur lio s culo XXT Nova Fronteira 1999 MONTICELLI A GARCIA A Introdu o a sistemas de energia el trica Campinas Editora da Unicamp 2003 BRASIL MINIST RIO DA MINAS E ENERGIA Balan o Energ tico Nacional 2011 ano base 2010 Rio de Janeiro 2011 BRASIL MINIST RIO DA MINAS E ENERGIA Balan o Energ tico Nacional 2008 ano base 2007 Rio de
184. matem tica Examinar as teorias em busca de express es matem ticas que permitem calcular as rela es entre as vari veis de interesse Aplicar a teoria na resolu o do problema 3 Deduzir dos enunciados matem ticos o resultado desejado Resolver as equa es matem ticas 4 Interpretar o resultado matem tico fisicamente Destes itens somente o terceiro algo que o engenheiro n o precisa necessariamente dominar desde que ele pode contar com matem tico ou at alguns programas de computador O exemplo da corre o do fator de pot ncia da l mpada fluorescente compacta pode ser utilizado para ilustrar a aplica o desses passos 38 O primeiro passo reduzir os problemas de engenharia em fatos f sicos fundamentais que inclui a descri o do problema e a condi o para sua solu o O problema consiste em determinar se a corre o do fator de pot ncia vantajosa economicamente pela compara o de uma instala o com e sem filtro sendo utilizada uma planilha eletr nica para automatizar o processo e torna lo mais flex vel Nesta planilha investigaremos as vantagens da corre o do fator de pot ncia em uma instala o simples de ilumina o pela compara o do custo para produ o de luz 21 A dimens o calculada ser o custo do l mem hora que par metro comum adotado para a compara o de v rias tecnologias de ilumina o No segundo passo que expressar os fatos f sicos na forma matem t
185. mente Neste caso simples foram contabilizados todos os custos em um modelo matem tico que se traduziu em uma planilha eletr nica e que se resume no valor de CT No caso do exemplo a solu o atrav s da corre o do fator de pot ncia justific vel em face da redu o do custo Por outro lado as condi es de uso as vari veis econ micas e outras podem variar mas como o processo foi automatizado e desde que se possa aceitar o modelo poss vel se adaptar s circunst ncias de maneira mais r pida e eficaz Embora esse exemplo n o tenha um car ter essencialmente din mico ele ilustra as possibilidades de agregar vari veis econ micas e f sicas em um sistema integrado visando tomada de decis es que base de um sistema de automa o No entanto se o sistema empregado para a corre o do fator de pot ncia apresentasse algum desgaste o que incorreria em custo de manuten o poderia ser vantajoso n o utiliza lo em determinados per odos Por exemplo se o custo da energia fosse um quinto do considerado inicialmente e se o custo de manuten o envolvesse a troca de um filtro o valor de CT seria favor vel condi o sem filtro Isso poderia ser facilmente implementado atrav s um contato em paralelo acionado por um rel program vel que anularia a a o do reator em fun o da poss vel sinaliza o de custo via rede inteligente Nesses casos se deduz que tais vari veis poderiam ser incorporadas aos sistemas de medi
186. mesma mas um meio para se obter um benef cio Existe uma tend ncia a desprezar esse princ pio principalmente nas instala es residenciais pois a introdu o de dispositivos autom ticos um item de conforto que muito valorizado Por outro lado o custo do investimento inicial na automa o n o incentiva o investimento sem que o item conforto seja salientado Assim se deduz que as aplica es de automa o para resid ncias em um futuro pr ximo devem salientar o aspecto do conforto e mesmo que a premissa do desempenho seja considerada efetivamente poder ser menosprezada 173 7 CONCLUS O Atualmente a busca pelo melhor desempenho econ mico das redes el tricas tem incentivado a evolu o das chamadas redes inteligentes Como toda rede el trica as redes inteligentes agregam fun es e automa o com v rios n veis de complexidade e constituem um sistema muito amplo que une a gera o ao consumo A diferen a percept vel pelo consumidor residencial est no fato deste ser inclu do na opera o dessa rede praticamente em tempo real ou seja se espera sua participa o mais efetiva no sistema el trico Dessa maneira atrav s de um dispositivo legal tarif rio se espera incentivar o consumidor a agir em conson ncia com a disponibilidade do sistema e com isso se deduz que haver uma mudan a na forma de aquisi o da energia el trica O efeito principal esperado o deslocamento da demanda para fora dos hor rio
187. miss o e solucionar problemas de planejamento e opera o A revolu o na tecnologia da informa o que transformou as outras ind strias de rede na Am rica por exemplo telecomunica es ainda est para transformar o neg cio da eletricidade A prolifera o de microprocessadores aumentou a exig ncia de confiabilidade e qualidade de energia Est cada vez mais dif cil situar novas linhas de transmiss o nos centros urbanos que experimentam maior crescimento de carga A resolu o deste dilema permanente pode utilizar a eletr nica de pot ncia para permitir maior aproveitamento dos meios existentes de transmiss o e o desenvolvimento de solu es de rede de baixo impacto que levam em considera o o uso do terreno 2 Esse cen rio incentiva os americanos a procurar meios para modernizar seus sistemas de fornecimento de eletricidade visando superar as dificuldades para criar a rede el trica do futuro A observa o de suas conclus es possibilita antever os poss veis desenvolvimentos para a resolu o de problemas similares em outros lugares do mundo como o Brasil pois muitas vezes desenvolvemos nossos sistemas a partir de solu es importadas de pa ses como os Estados Unidos Os americanos conclu ram que o desembara o dos sistemas el tricos cr ticos precisa ser acelerado particularmente atrav s do desenvolvimento de tecnologias tais como a super condutividade em altas temperaturas de cabos e transformadores dispositivos
188. ms divis o no eixo horizontal O gr fico central mostra o comportamento da pot ncia instant nea resultante para a associa o dos circuitos O valor m dio dessa pot ncia pot ncia ativa 189 4W e corresponde ao que seria medido por um watt metro sendo igual soma das pot ncias ativas de cada circuito envolvido 96 1W para o circuito resistivo e 93 3W para o n o linear Em princ pio nada se pode dizer sobre as pot ncias aparente e reativa No caso da associa o do circuito indutivo com o n o linear a pot ncia instant nea exibe comportamento similar ao caso anterior conforme ilustra a Figura 4 10 91 A AURPONAPUAVA IN H AA f A A A Figura 4 10 Curvas de pot ncia instant nea para a associa o do circuito indutivo com o n o linear Fonte Autoria pr pria Da esquerda para a direita corresponde ao circuito indutivo a associa o e n o linear As escalas s o 200W divis o no eixo vertical e 5ms divis o no eixo horizontal Da mesma forma que o caso anterior o gr fico central mostra o comportamento da pot ncia instant nea resultante para a associa o dos circuitos O valor m dio dessa pot ncia pot ncia ativa 188 3W e corresponde ao que seria medido por um watt metro sendo igual soma das pot ncias ativas de cada circuito envolvido 94 7W para o circuito indutivo e 93 6W para o n o linear Em princ pio nada se pode dizer sobre as pot ncias aparente e reativa
189. n 0 00 Y position acj ojo Ac o 5c Figura 6 3 Fonte CC b sica com retificador de meia onda Fonte Autoria pr pria A sa da do transformador fornece a tens o alternada que retificada pelo diodo Esse dispositivo atua como uma v lvula e conduz a corrente somente em um sentido indicado pelo seu s mbolo Durante o semiciclo positivo o diodo funciona como uma chave fechada permitindo a passagem da corrente para carregar o capacitor com a tens o de pico Quando a tens o da fonte fica abaixo do valor da tens o do capacitor e no semiciclo negativo o diodo atua como uma chave aberta a resist ncia de carga suprida pelo capacitor Ao fornecer energia para a resist ncia de carga a tens o nos terminais do capacitor cai criando uma ondula o chamada de ripple e quanto maior ela for pior a fonte A amplitude do ripple depende de tr s fatores configura o do retificador valor do capacitor e consumo de corrente A configura o do retificador neste caso de meia onda que a mais desfavor vel que um retificador em ponte por exemplo Quanto maior for o valor do capacitor menor o ripple por m o custo do componente e a perda de energia que ele introduz no circuito aumentam proporcionalmente O consumo de corrente depende da aplica o ou do trabalho a ser realizado e quanto maior ele for maior o ripple gerado em uma dada fonte Desta forma o modo de condicionamento
190. na de corrente e a bobina de tens o correspondentes aos dois circuitos citados Nesta configura o atrav s de uma das bobinas do watt metro passa a mesma corrente que na carga enquanto o circuito paralelo sofre a influ ncia da mesma tens o que a carga Esses elementos s o representados de modo simplificado na Figura 5 1 pela bobina pela bobina azul para o circuito de corrente e pela bobina vermelha para a bobina do circuito de tens o A bobina de corrente azul geralmente fixa tendo poucas espiras de fio grosso est subordinada a o da corrente que circula pela carga Nesta configura o o fluxo produzido por essa bobina est em fase com a corrente na carga A bobina de tens o vermelha m vel e a corrente que circula por ela deve estar em fase com a tens o aplicada na carga Para que isso ocorra o valor de sua reat ncia deve ser menor que a resist ncia colocada em s rie com ela de modo que o conjunto possa ser considerado resistivo O torque de rota o do mecanismo de medi o do watt metro representado por M na figura 5 1 deve ser proporcional ao produto das intensidades de corrente nas bobinas 103 m vel e fixa e ao fator de pot ncia da carga Esse torque produzido quando os fluxos magn ticos produzidos pelas bobinas interagem provocando o deslocamento da bobina m vel Essa bobina sustentada por um eixo apoiado em mancais em cujas extremidades s o fixadas molas para controlar o deslocamento de
191. na seu contato com um atraso ajust vel depois de receber a tens o da rede As chaves fecham seus contatos quando pressionadas pelos usu rios da instala o Isso estabelece uma l gica de opera o que permite a composi o de circuitos el tricos de controle autom tico a partir da associa o de elementos 60 A evolu o dos comandos el tricos permitiu a cria o de circuitos cada vez mais complexos e o in cio da era da computa o eletr nica de dados ocorreu em computadores que continham rel s como elementos operacionais O desenvolvimento e difus o da eletr nica permitiram a cria o de rel s mais sofisticados que agregaram mais fun es Algumas fun es de contatos em rel s passaram de dispositivos eletromec nicos para similares em estado s lido Paralelamente a isso os computadores que continham elementos eletromec nicos evolu ram para dispositivos eletr nicos digitais com capacidade de emular atrav s da l gica a opera o de sistemas complexos Esses computadores foram diminuindo em tamanho e aumentando em complexidade permitindo que o sistema computacional pudesse ser montado praticamente em um circuito integrado Exemplo desse tipo de integra o o componente denominado micro controlador que agrega todas as fun es b sicas de um computador tais como os meios de entrada e sa da de dados controlador l gico program vel mem rias vol teis e permanentes e instru es do sistema operacional b sico
192. ncia ativa de modo que o fator de pot ncia diminui pois a pot ncia aparente ainda aumenta com as harm nicas Desta forma a corre o do fator de pot ncia depende da filtragem da harm nica indesejada Para estabelecer um procedimento para a corre o do fator de pot ncia nesses casos importante desenvolver melhor a defini o de valor eficaz j que ele se relaciona a pot ncia ativa atrav s da pot ncia aparente 4 2 3 O valor eficaz da tens o e corrente A amplitude fundamental para caracterizar a corrente ou tens o alternada seu valor eficaz Isso se deve ao fato de que a tens o e a corrente assumem valores que variam com o passar do tempo e para efeitos pr ticos necess rio indicar o melhor valor para representa los No caso de tens o ou corrente cont nua flutuante se assume que o valor m dio melhor representa seu comportamento Aplicando o mesmo princ pio em um sinal alternado sim trico como o senoidal o valor obtido nulo o que indica que o valor m dio n o representa o comportamento da corrente alternada No caso da corrente alternada isso pode ser feito pelo valor da m dia quadr tica ou valor eficaz que corresponde raiz quadrada do valor m dio dos n valores instant neos medidos em intervalos regulares elevados ao quadrado 13 eficaz 4 i m dio 4 24 Essa forma de quantificar a corrente el trica interessante se consideramos que os seus efeitos em uma s rie de aplica
193. neares Esse m todo de medi o vi vel se o efeito das cargas com baixo fator de pot ncia e n o lineares n o justifica a troca do medidor Os medidores de energia el trica de indu o s o dispositivos robustos baratos e est o instalados na grande maioria dos consumidores 117 Como os medidores do tipo indu o somente registram a energia ativa a empresa distribuidora de energia em princ pio n o pode cobrar pelo excedente reativo a n o ser que troque o medidor ou adote o procedimento de medi o tempor rio definido pela resolu o 456 da ANEEL e assim passar a cobrar o excedente reativo A disserta o de mestrado com t tulo Interfer ncia de harm nicos em equipamentos de medi o de energia el trica por Jos Eduardo Rodrigues apresentam resultados interessantes desse tipo de avalia o Tabela 5 1 Condi es das ondas de tens o e corrente dos ensaios e erros apresentados pelo medidor monof sico tipo indu o Grandeza Ensaio Ensaio Ensaio3 Ensaio4 Ensaio5S Ensaio 6 Tens o V 119 80 120 6 111 2 120 3 120 2 982 DHTu 1 09 1 12 10 92 11 34 1 12 25 62 Corrente A 15 003 1 5535 15 354 1 5692 1 4884 5 1492 DHTi 54 86 60 76 54 37 62 37 61 69 56 33 Defasagem na 2 4 1 8 17 7 14 6 57 0 69 4 fundamental Pot ncia do padr o 1569 8 158 75 1473 3 160 98 84 60 160 98 W Erro do medidor 0 56 1 67 3 48 2 58 8 52 18 3 Fonte CED322 QUEN 004 III RL 001 OR 200
194. novembro de 2000 definia as alternativas de enquadramento tarif rio inclusive as penalidades para a ultrapassagem de determinados par metros permitindo distinguir as possibilidades para o consumidor Foi substitu da pela resolu o 414 de 9 de setembro de 2010 mas muitos dos princ pios que compunham a 456 ainda permanecem v lidos nesta vers o A distin o feita entre os consumidores se baseia no consumo de energia por exemplo os pequenos consumidores como as resid ncias pagam apenas a energia utilizada consumo os m dios e os grandes pagam tanto pela energia quanto pela pot ncia A pot ncia aparece nas contas desses consumidores com o nome de demanda e h cobran a de multas se ela supera determinados valores de modo que para o consumidor vantajoso evitar picos de pot ncia Em algumas modalidades tarif rias existe distin o em fun o do tempo de modo que em certos hor rios a demanda e o consumo de energia el trica tem pre os mais elevados Isso ocorre nos hor rios de ponta que um per odo de tr s horas consecutivas definido pelas 26 concession rias em fun o das caracter sticas de seu sistema el trico o restante das vinte e uma horas do dia corresponde ao hor rio fora de ponta Ainda com rela o vari vel tempo existem pocas do ano com maior incid ncia de chuvas quando os reservat rios operam no topo de sua capacidade e pocas onde essa capacidade reduzida Levando em conta os per od
195. nsider vel tempo de transi o pelo custo envolvido e disponibilidade de recursos lembrando que hoje o carro el trico no Brasil existe somente como objeto de pesquisa Embora alguns ve culos el tricos menores talvez sejam mais acess veis sua capacidade de armazenamento n o seria suficiente para contribuir substancialmente com a rede el trica 6 4 Pot ncia m xima de transmiss o dos alimentadores Partindo da premissa de que os equipamentos atuais s o bastante flex veis com respeito forma de suprimento da rede el trica em CC ou CA a escolha pela corrente cont nua ou alternada envolve tamb m o estudo comparativo da capacidade alimentador Existem dois crit rios para definir a pot ncia m xima transmiss vel em um circuito alimentador em baixa tens o a capacidade de condu o de corrente e a queda de tens o 160 Para efeito de compara o a configura o dos circuitos tamb m significativa e aqui se sugere duas que guardam alguma semelhan a O ponto em comum a respeito das configura es dos circuitos a presen a de tr s condutores de mesma se o transversal que podem constituir um alimentador CA trif sico ou CC sim trico conforme ilustra a Figura 6 13 a seguir 120 W60 Hz 0 Deg i 12 00 a MAN 120 W60 Hz 1 20 Deg r 120 W60 Hz 24
196. nsumeidores livres o seu valor equivalente aplic vel ao n vel de tens o no qual a unidade consumidora estivar localizada Dre p valor por posto hor rio p correspondente demanda de pot ncia reativa excedente quantidade permitida pelo fator de pot ncia de refer ncia fr no per odo de faturamento em Reais R PAMr demanda de pot ncia ativa medida no intervalo de integraliza o de 1 uma hora T durante o per odo de faturamento em quilowatt kW 31 66 499 PAF p demanda de pot ncia ativa fatur vel em cada posto hor rio p no per odo de faturamento em quilowatt kW VRpre valor de refer ncia equivalente s tarifas de demanda de pot ncia das tarifas de fornecimento aplic veis aos subgrupos do grupo A ou as TUS D Consumidores Livres conforme esteja em vigor o Contrato de Fornecimento ou o CUSD respectivamente MAX fun o que identifica o valor m ximo da f rmula dentro dos par nteses correspondentes em cada posto hor rio p T indica intervalo de uma hora no per odo de faturamento p indica posto hor rio ponta ou fora de ponta para as tarifas horossazonais e n n mero de intervalos de integraliza o T por posto hor rio p no per odo de faturamento O fator de pot ncia definido como a raz o entre a energia el trica ativa e a raiz quadrada da soma dos quadrados das energias el trica ativa e reativa consumidas num mesmo per
197. nteressantes sobre o ponto de vista das concession rias 13 q A empresa vem investindo intensamente na qualidade das informa es comerciais que v o desde o processo de leitura faturamento arrecada o e at o desenvolvimento e implementa o de estrat gias mais eficientes no aspecto de qualidade do atendimento Os indicadores DEC e FEC Brasil evidenciam a evolu o do n vel de qualidade dos servi os prestados pelas empresas distribuidoras de energia el trica resultado de investimentos praticados em infra estrutura e atendimento ao cliente As empresas distribuidoras de energia el trica privatizada a partir de 1996 est o em geral em situa o cr tica em raz o de diversos fatores que conjugados com o n vel de perdas comerciais e a redu o crescente de demanda por energia el trica reduzem a atratividade e a capacidade de investimentos dessas empresas Buscando a valoriza o de seus clientes como principal estrat gia de crescimento a empresa vem adotando novas estrat gias de neg cios que possam lhe assegurar resultados superiores aos de suas pr ticas regulares Entretanto como descobrir quais as melhores pr ticas e estrat gias Como poss vel crescer sob a constante vigil ncia dos rg os governamentais Como equilibrar o fornecimento seguro de servi os com uma rela o favor vel entre os custos e benef cios A empresa deve ser capaz de encontrar solu es inovadoras e garantir que os processos tecno
198. nvolvidos 6 3 2 2 Os equipamentos e sua intera o com a rede Para efeito de estudo podemos dividir os equipamentos pela forma como recebem a energia da rede Alguns equipamentos podem dispor de fontes para condicionamento de energia geralmente para CC e outros recebem e utilizam a energia proveniente da rede com suas caracter sticas intr nsecas 149 Equipamentos eletr nicos como televisores computadores l mpadas compactas fluorescentes etc mais modernos s o supridos por fontes chaveadas de energia Esse tipo de fonte recebe a tens o alternada da rede el trica retifica convertendo em tens o cont nua e atrav s de processos de transfer ncia de energia em alta frequ ncia alimenta os circuitos que dela dependem A caracter stica fundamental deste tipo de fonte que elas podem controlar grandes quantidades de energia com rendimento superior aos das fontes lineares Isso facilita o controle autom tico da tens o de entrada e existem aparelhos como os televisores que dispensam o ajuste da chave de sele o da alimenta o da rede para 110 ou 220 V Muitos desses equipamentos admitem a liga o a uma rede que fornece tens o cont nua sem adapta es pois a sua constitui o interna compat vel Existem ainda equipamentos que operam de modo intr nseco na rede de corrente alternada ou mesmo aqueles que operam com fontes lineares de corrente cont nua e que s o dotados de transformadores Esse tipo de equipamento n
199. o A viabilidade de um sistema de distribui o CC em pequena escala residencial n o estabelece inicialmente como objetivo que o conversor de interface deve permitir o fluxo de pot ncia bidirecional para que o excesso de pot ncia produzida pelos geradores distribu dos DG na Figura 6 2 seja injetado na rede p blica no sistema CA 46 Dessa forma a interface que liga a rede CA com a rede CC pode ser unidirecional No caso de uma aplica o modesta como a residencial a quantidade de energia produzida quase sempre menor que o consumo m dio e por isso o fluxo de energia geralmente parte da rede para a resid ncia especialmente se alguma forma de armazenamento for instalada Neste caso um conversor bidirecional por ser mais caro pode n o ser a melhor solu o Por outro lado ainda se pode instalar um conversor CC CA unidirecional para vender o excedente de energia para a concession ria Dessa forma a instala o pode ser desenvolvida de maneira escalonada na medida da necessidade o que desej vel em instala es residenciais Neste caso os seguintes tipos de retificador devem ser considerados a ponte de diodos o retificador controlado e o retificador com corre o de fator de pot ncia PFC Tecnicamente um retificador trif sico com corre o de fator de pot ncia a melhor escolha que via de regra n o est ao alcance das instala es residenciais Ele fornece uma tens o cont nua control vel com reduzida distor o ha
200. o para atender necessidades de automa o j existentes na ind stria Por outro lado alguns elementos desses sistemas podem ser aplicados s instala es residenciais Esse suporte pode ser constitu do dos seguintes elementos dispon veis no mercado q Sistemas SCADA q Sistemas de comunica es q Sistema de medi o baseado em medidor inteligente smart meter q Sistema de prote o 3 2 1 Sistemas SCADA Com o crescimento da ind stria e o aumento na sofistica o do controle dos processos a quantidade de informa o vinda de sensores espalhados pela planta industrial tornou muito complexa a atividade de gerenciar os sistemas 23 Os primeiros sistemas para controlar esses processos eram simplesmente sistemas de telemetria onde sensores eram colocados em campo e se ligavam diretamente a medidores onde os operadores poderiam acompanhar em tempo real os valores e tomar decis es baseados nessas medidas Isso se constitui no primeiro tipo de sistema SCADA utilizado pela ind stria A sigla SCADA Supervisory Control And Data Acquisition significa controle supervisor e aquisi o de dados sendo o nome dado ao sistema que faz a aquisi o dos 48 dados em campo os supervisiona e permite ao operador controlar ou decidir com base nessa informa o A evolu o difus o e barateamento dos sistemas computacionais permitiram que a tecnologia SCADA al m do acesso aos dados dos sensores tamb m possa executar comandos remot
201. o pode ser ligado a uma rede que fornece tens o cont nua pois operam com base em elementos indutivos reatores que podem causar problemas como curtos circuitos Os equipamentos eletr nicos operam em corrente cont nua e em baixa tens o fornecida por fontes projetadas com essa finalidade Atrav s do estudo da evolu o das fontes de corrente cont nua poss vel compreender com maior facilidade a tecnologia envolvida suas limita es e possibilidades O retificador de meia onda simples constitu do somente por um diodo ligado fonte de corrente alternada da rede que geralmente um transformador abaixador que converte tens es da ordem de 110 a 220 VCA para algum valor geralmente abaixo de 5SOVCA A sa da dessa configura o simples corresponde a uma tens o cont nua pulsante que n o adequada a muitas aplica es eletr nicas Por isso acrescentado um dispositivo armazenador de energia denominado capacitor que fornece corrente nos momentos em que a tens o da fonte de corrente alternada diminui ou inverte sua polaridade sendo carregado novamente quando a tens o da fonte atinge novamente o valor adequado no ciclo seguinte A figura 6 3 a seguir ilustra o processo 150 DIODO Do E E nhn RESIST NCIA A aviso HzO t Z 500p CAPACITOR RD RoR 4 Oscilloscope Expand Time base 0 01 st div g H position 0 00 E VT Bia mel Channel A Channel B io viDiv 5 v Div Y positio
202. odo especificado de uma hora segundo a resolu o n 414 Existem unidades consumidoras cujo equipamento de medi o n o permite a aplica o das equa es fixadas no artigo 96 da resolu o 411 transcrito anteriormente Nestes casos o artigo 97 indica as f rmulas para apurar os valores correspondentes energia el trica e demanda de pot ncia reativa correspondente ERE Y EEAM G e D VRer T 1 2 15 Dre IMAX PAM 1 PAF VRpa l fu 2 16 As express es 2 15 e 2 16 s o similares s express es 2 13 e 2 14 por m refletem a amostragem deficiente de certos equipamentos de medi o face as condi es dispostas nesta resolu o Nestes casos s o considerados valores m dios totalizados no per odo de faturamento dessa forma as vari veis que mudam em rela o s express es 2 13 e 2 14 anteriores s o EEAM montante de energia el trica ativa medida durante o per odo de faturamento em megawatt hora MWh fu fator de pot ncia indutivo m dio da unidade consumidora calculado para o per odo de faturamento 32 Dx valor correspondente demanda de pot ncia reativa excedente quantidade permitida pelo fator de pot ncia de refer ncia fr no per odo de faturamento em Reais R PAM demanda de pot ncia ativa medida durante o per odo de faturamento em quilowatt KW PAF demanda de pot ncia ativa fatur vel no per odo de faturamento em quilowatt kW A forma
203. olume do indutor se torna problem tico Nesses casos melhor utilizar as 155 topologias que n o utilizam a ponte bridgeless boost converter Esse tipo de topologia pode ser empregado para a carga de bateria de ve culos el tricos cuja tens o geralmente maior que o valor m ximo da rede 51 Com apenas algumas modifica es o conversor boost pode ser adaptado fonte buck da figura 6 6 a fim de obter um circuito com fator de pot ncia levado PFC TRANS STOR A CHAVE 4 K CAPACITOR DE SA DA ER pr DIODO DE j SA DA 66 95M A tens o na na sa da da fonte e 2 00ms div Xposition corrente na P mal sa da da ponte RESIST NCIA DE CARGA Figura 6 8 Princ pio de opera o conventional boost converter Fonte Autoria pr pria O circuito para corre o do fator de pot ncia est intercalado entre a fonte senoidal e a sa da da fonte buck sendo indicado como tendo fator de pot ncia alto O circuito formado por um indutor de 2mH o transistor que opera como chave e controlado por um gerador de onda quadrada 20kHz e o capacitor de 10uF O circuito produz um sinal modulado de corrente com forma do envolt rio de corrente senoidal mediante o ajuste dos elementos reativos em fun o da carga na sa da e do sinal modulador d
204. omo conseq ncia uma sa da proporcional ao produto de Ex por Ey obtida e esse circuito tem a capacidade de operar com sinais alternados em F e Ey A partir dessas informa es modificamos a configura o do modelo no simulador para verificar a opera o desse tipo de circuito com sinais alternados conforme ilustra a figura a seguir figura 5 7 io H K nod 45 R 2 s PRE g T BC L limite E 15V K TK 3 E e dE ia a Figura 5 8 Circuito multiplicador YEW para simula o Fonte Autoria pr pria Com modelo se obteve os sinais indicados pelo oscilosc pio virtual ilustrados a seguir sinal na sa da Vout R a sinal na sa da do integrador E n Ti 271 9364 ms T2 280 1865 ms TLT 8 2502 ms var 1 7373 v VAZ 607 0423 my VAZvaI 2 3444 V vei 561 9924 my ve2 572 8806 nv vezvei 10 8882 my Time base Trigger Channel A Channel B 5 00ms div E cage E i 2 ViDiv E Eo mvrDiv E Peduce Rpostion 000 E Level 000 E Yposition 1 20 Ypostion 0 c0 k Reverse VT BiA mel Emo _A B Ex Ac ojjno Ac ojt Swe Figura 5 9 Sinais indicados pelo oscilosc pio virtual Fonte Autoria pr pria 112
205. omplicado tem pouca receptividade neste mercado Dessa forma se criam dispositivos mais simples para aplica es dom sticas e esses 136 desenvolvimentos explicam a defasagem encontrada na aplica o de tecnologia mais sofisticada Mesmo que esteja dispon vel no mercado uma tecnologia para uso do consumidor este n o a empregar at perceber sua utilidade pr tica Em um tempo recente esse consumidor geralmente n o tem percebido a necessidade de uma tecnologia de controle mais sofisticada mas isso tende a mudar Atualmente muito se discute sobre a disponibilidade de recursos naturais e seu uso racional o que levou a muitos governos a acirrarem o controle dos insumos particularmente o energ tico Com essa premissa se busca integrar o consumidor residencial na cadeia de controle energ tico e para isso necess rio buscar sua participa o Como o n mero desses consumidores elevado a a o coordenadora complexa ainda mais se considerar um sistema que necessita de decis es em tempo real como o el trico para a opera o tima dos recursos Essa a o s poss vel atrav s de sistemas de automa o controle e medi o mais sofisticada A id ia da casa de energia zero do ingl s Zero Energy Home ZEH apresentada pelo departamento de energia dos Estados Unidos no Automated Home Energy Management Expert Meeting em Denver no Colorado em 2009 indica que o gerenciamento autom tico da energia deve ser feito pe
206. onda que determina seu baixo fator de pot ncia A pot ncia transmitida somente em uma pare do per odo da tens o da rede havendo um aproveitamento pobre da capacidade do sistema para fornecer energia 90 Conforme j estabelecido anteriormente a pot ncia reativa que se atribui ao circuito linear tem natureza f sica diversa daquela associada ao circuito n o linear e por isso n o pode ser utilizada na base matem tica cl ssica para corre o do fator de pot ncia Entretanto a pot ncia ativa tem a mesma natureza independentemente do circuito na qual foi medida Atrav s da combina o dos tr s circuitos dois a dois poss vel se estudar como essas cargas se relacionam e como isso afeta o tri ngulo de pot ncias Quando combinados em paralelo cada um dos circuitos lineares com o circuito n o linear resulta nas curvas de pot ncia instant nea das Figuras 4 9 e 4 10 No caso da associa o do circuito resistivo com o n o linear a curva da pot ncia instant nea resultante corresponde soma das curvas dos dois circuitos separados conforme ilustra a Figura 4 9 n TAR EA Figura 4 9 Curvas de pot ncia instant nea para a associa o do circuito resistivo com o n o linear Fonte Autoria pr pria Da esquerda para a direita correspondem ao circuito resistivo simples a associa o do resistivo com o n o linear e o circuito n o linear simples As escalas s o 200W divis o no eixo vertical e 5
207. onverte energia qu mica em energia el trica sob a forma de corrente cont nua quando no processo de descarga e vice versa no processo de carga O rendimento do processo afetado pelas perdas pois durante o seu uso as baterias perdem energia sob a forma de calor e sofrem de um processo de autodescarga devido s rea es qu micas internas Os principais tipos de baterias utilizados atualmente s o as baterias chumbo cido as baterias de n quel e c dmio as baterias de hidretos met licos de n quel as baterias de ons de l tio e as baterias de ons de l tio com eletr lito de pol mero O elevado custo de aquisi o opera o e manuten o t m restringido seu uso a aplica es espec ficas como os sistemas de emerg ncia e aparelhos port teis A tabela a seguir apresenta algumas caracter sticas fundamentais das baterias 139 Tabela 6 1 Caracter sticas b sicas de acumuladores eletroqu micos Tipo de N quel e Hidretos ons de l tio ons de l tio Chumbo bateria c dmio met licos de com eletr lito cido n quel de pol mero Tens o por c lula V 12 1 2 2 5 3 6 2 0 Ciclo de vida 80 da capacidade 500 a 1000 500 a 1000 500 a 1000 300 a 500 200 a 300 inicial Compara o de custo R 115 00 R 138 00 R 230 00 R 230 00 R 80 00 pacote 7 2V Densidade de energia 45 a 80 60 a 120 110 a 160 100 a 130 30 a 50 Wh kg Fonte TRINDADE 2006 As baterias de ons de l tio apresentam maior potencial de a
208. or Para isso devem ser desenvolvidos aplicativos amig veis para servir ao consumidor residencial que permitam que este gerencie corretamente sua instala o el trica Considerando a evolu o da eletr nica de pot ncia e suas aplica es residenciais alguns conceitos relativos as instala es el tricas podem ser revistos Um desses conceitos o uso da corrente cont nua como meio de transporte de energia el trica dentro das edifica es A corrente alternada utilizada nas instala es el tricas vantajosa ao considerar que ela predomina no sistema el trico sendo entregue ao consumidor final desta forma A hist ria mostra que fatores t cnicos associados s dist ncias das fontes prim rias de energia particularmente a hidr ulica determinaram a prefer ncia pela corrente alternada Em uma poca em que os eletrodom sticos podiam operar indistintamente com corrente alternada ou cont nua pois eram aparelhos de ilumina o motores e aquecedores a vantagem do transporte a longas dist ncias com perdas aceit veis uma vantagem consider vel Com a utiliza o de equipamentos eletr nicos em maior escala nas resid ncias tais como r dios televisores e mais recentemente computadores e outros h uma maior demanda em corrente cont nua De fato esses equipamentos s o dotados de fontes que convertem a tens o alternada da rede em uma tens o cont nua necess ria a opera o desses equipamentos Essas fontes evolu ra
209. or valor admitido para esse par metro Para efeito de compara o quatro bitolas de cabos podem ser utilizadas como refer ncia para tra ar gr ficos comparativos da pot ncia m xima em fun o da dist ncia 1 5 2 5 4 e 6 mm A queda de tens o admiss vel foi definida como 5 O primeiro gr fico corresponde a linha CA trif sica 60Hz e o segundo para a linha CC Pot ncia m xima transmiss vel linha CA trif sica 16000 14000 a 12000 a 6 10000 ae 25 8000 6000 4 4000 e 2000 0 0 20 40 60 80 m Pot ncia m xima transmiss vel linha CC 20000 15000 5 25 10000 4 5000 5 0 0 20 40 60 80 m Figura 6 14 Compara o da capacidade m xima das linhas CA e CC Fonte Autoria pr pria 168 Considerando a configura o utilizada para comparar a linha CC a tr s fios com a CA trif sica se sabe de antem o que a pot ncia m xima transmiss vel da primeira 15 superior a da segunda nos primeiros metros de comprimento onde prevalece o crit rio da capacidade de condu o de corrente Segundo as estimativas medida que o comprimento da linha progride essa diferen a diminui e o padr o inverte em favor da linha trif sica cuja pot ncia m xima transmiss vel chega a ser o dobro da linha CC Dessa forma se conclui que para linhas de comprimento reduzido onde prevalece o crit rio da capacidade de con
210. orme discutido anteriormente poss vel calcular a pot ncia reativa e por conseq ncia a energia reativa que usada para o c lculo do fator de pot ncia segundo crit rios legais Entretanto os valores obtidos das express es anteriores est o sujeitas quelas restri es De modo diverso da pot ncia ativa existe dois tipos de pot ncia reativa conforme a natureza do elemento que a originou A pot ncia ativa capacitiva considerada convencionalmente negativa e os capacitores portanto s o considerados como geradores de pot ncia reativa Qc e os indutores como receptores Q pois sua pot ncia 12 considerada positiva Se entre os receptores h capacitores e indutores a express o da pot ncia aparente se torna E JL P F oc 4 23 Com isso poss vel corrigir o fator de pot ncia atrav s do equil brio entre as cargas capacitivas e indutivas Normalmente nas instala es el tricas as cargas tendem a ser indutivas e por isso se utilizam capacitores para a corre o do fator de pot ncia Atualmente com o aumento da contribui o dos equipamentos eletr nicos que produzem deforma es nas formas de onda o procedimento para a corre o de fator de pot ncia hoje diferente do enunciado anteriormente A deforma o se manifesta basicamente na onda de corrente gerando harm nicas em v rias freq ncias Desde que n o haja distor o na onda de tens o somente a onda de corrente fundamental produz pot
211. os verificando os valores de campo e chamando a aten o para os mais cr ticos atrav s de alarmes visuais ou sonoros O sistema SCADA muito utilizado na ind stria petroqu mica na gera o e na distribui o de energia controle de gua e efluentes sistemas de transporte dentre outros Em resumo esse sistema pode ser utilizado em empresas que precisam monitorar suas instala es e essas possuem dimens es muito grandes Essas dimens es v o desde centenas de metros a v rios quil metros de dist ncia pois nesta situa o somente um sistema autom tico pode colher em tempo h bil todos os dados necess rios de uma grande quantidade de sensores e concentrar tudo isso em um s lugar permitindo a tomada de decis o por parte do operador do sistema O sistema SCADA possui tr s fun es b sicas q Fun o de supervis o Inclui toda a fun o de monitoramento dos dados adquiridos em campo verifica o da faixa de valores e exibi o desses dados Essa exibi o inclui as telas gr ficas os gr ficos de tend ncia as vari veis anal gicas e digitais acionamento de alarmes os relat rios etc q Fun es de opera o Inclui a a o direta sobre elementos em campo tais como rel s atuadores pneum ticos e outros sendo capaz de enviar comandos como ligar desligar e alterar par metros q Fun es de controle Alguns sistemas possuem rotinas espec ficas para atua o autom tica em determinadas situa es de acordo
212. os componentes da instala o na medida que o sistema ou circuito de comando possa ser configurado de diversos modos Conclui se portanto que a automa o das instala es el tricas em particular as residenciais permite que ela possa se adaptar mais facilmente s mudan as Essa caracter stica particularmente importante dentro de uma rede inteligente de distribui o de energia 63 4 AVALIA O DA DEMANDA DE ENERGIA EL TRICA O prop sito do uso da energia satisfazer as necessidades humanas Para isso pode ser utilizada diretamente para prover aquecimento ilumina o coc o e transporte ou indiretamente para produzir bens ou servi os Dentre as formas de energia dispon veis a el trica a mais vers til devido variedade de tecnologias de manejo dispon vel Essas tecnologias convertem a energia el trica em outras formas de energia til a uma raz o denominada pot ncia el trica A pot ncia el trica a raz o da energia convertida sobre o tempo de convers o e representa a velocidade em que um trabalho realizado A quantidade de energia utilizada para realizar um trabalho base para o c lculo da remunera o dos fornecedores de energia O pre o ou custo da energia ent o um meio pelo qual os consumidores se relacionam aos fornecedores e a medi o justa importante para manter uma rela o equilibrada entre eles A avalia o justa e precisa da energia depende dos limites tecnol gicos
213. os precisam de uma etapa intermedi ria em corrente cont nua para efeito de sincroniza o com a rede J as c lulas solares geram tens o cont nua Al m disso muitos equipamentos dispon veis atualmente para opera o em corrente alternada tais como computadores e l mpadas podem operar praticamente sem modifica es em corrente cont nua Todos esses dispositivos utilizam blocos que operam em corrente cont nua de modo que pode ser melhor que eles fossem alimentados dessa forma Existe uma pequena vantagem com rela o capacidade de condu o de corrente cont nua em pequenas dist ncias como aqueles encontrados nos circuitos terminais A opera o de geradores em paralelo mais f cil em corrente cont nua Os acumuladores operam com tens o cont nua e existem conversores CC para CC ou CC para CA que permitem grande flexibilidade de opera o das fontes de energia Com os recursos da eletr nica de pot ncia e da automa o industriais dispon veis atualmente existem muitos modos de se implementar instala es el tricas em corrente cont nua para configura es simples ou h brida com a corrente alternada mesmo para consumidores residenciais utilizando os eletrodom sticos j existentes no mercado 177 Essas instala es el tricas em corrente cont nua deveriam ser ao menos equivalentes s suas similares em corrente alternada mas com maior flexibilidade de controle e maior confiabilidade no fornecimento de energ
214. os sazonais precisamos definir os per odos seco e mido Para efeito das tarifas o ano dividido em dois per odos um seco que compreende os meses de maio a novembro sete meses e um mido que corresponde os meses de dezembro a abril cinco meses Em algumas modalidades tarif rias no per odo seco o consumo tem pre o mais elevado e isso reflete o regime hidrol gico que de vital import ncia para a base do sistema que no Brasil constitu da por usinas hidrel tricas Os consumidores s o classificados pelo n vel de tens o em que s o atendidos Os consumidores atendidos em baixa tens o pr ximos a 127 ou 220 V tais como lojas resid ncias ag ncias banc rias pequenas oficinas edif cios residenciais e parte dos edif cios comerciais s o classificados no grupo B Esse grupo tamb m dividido em subgrupos de acordo com a atividade do consumidor por exemplo os consumidores residenciais s o classificados como B1 os rurais como B2 etc De acordo com a nota t cnica n 362 2010 artigo 121 existe uma estrutura tarif ria proposta que consiste em duas modalidades tarif rias 18 19 a Modalidade convencional mon mia com um pre o de consumo de energia em R kWh sem levar em considera o o hor rio sendo atualmente praticada e sedimentada pelas disposi es legais existentes N o existe possibilidade de incentivo a mudan a de h bitos de consumo nessa modalidade al m da simples redu o ou amplia o em fun
215. os similares podem e operam com tais fontes Mesmo apresentando rendimentos superiores aos similares mais antigos muitos equipamentos que operam com fonte chaveada ainda t m o fator de pot ncia baixo Para solucionar esse problema foram desenvolvidas topologias de circuito e m todos de controle para aplica es na corre o do fator de pot ncia mais conhecidas pela sigla em ingl s PFC Power Factor Correction Para aplica es de baixa pot ncia a opera o no modo descont nuo de condu o Discontinous Conduction Mode DCM tal como nos conversores boost e flyback adequada A opera o no modo cont nuo de opera o Continouous Concuction Mode CCM indicada para aplica es de m dia e alta pot ncia nos conversores boost O conversor do tipo boost utilizado em aplica es onde a tens o de sa da maior que a de entrada sendo uma configura o muito popular para as aplica es de conversores CA CC com fator de pot ncia corrigido 49 Esse conversor usa uma ponte para retificar a tens o de entrada alternada para cont nua que ent o seguida por uma se o boost conforme ilustra a figura a seguir Figura 6 7 conventional boost converter Fonte HUBERT L et al 2008 Essa topologia pode ser aplicada em dispositivos de baixa ou m dia pot ncia at aproximadamente 1kW Para pot ncias maiores poss vel associar diodos em paralelo 2 mas o v
216. ot ncia ativa da corrente alternada senoidal P U cosq 4 19 Essa express o correta independente da causa da defasagem ser um indutor ou um capacitor Na express o da pot ncia o valor do co seno do ngulo representa o fator de pot ncia do circuito pois como poss vel deduzir da express o anterior ele corresponde raz o entre a pot ncia ativa P e a pot ncia aparente U I Al m da pot ncia ativa existem outras duas grandezas auxiliares relacionadas que servem para caracterizar a taxa de transfer ncia de energia no tempo Uma delas a pot ncia aparente e a outra a pot ncia reativa Para c lculos envolvendo corrente alternada senoidal de fregii ncia nica elas se relacionam atrav s do tri ngulo de pot ncias conforme a seguir 70 4 2 2 A pot ncia ativa reativa e aparente da corrente alternada senoidal Ao selecionar os transformadores se es de cabos interruptores etc necess rio saber qual a intensidade da corrente que esses componentes suportam Para isso n o suficiente conhecer a tens o e a pot ncia ativa P mas h que se determinar o fator de pot ncia no caso senoidal o cos da instala o Quando h v rios receptores de energia com diferentes fatores de pot ncia esses c lculos se complicam substancialmente Para facilitar esses c lculos se introduzem duas grandezas auxiliares 2 a pot ncia aparente S U 1 e a pot ncia reativa 2 7 seng X I 9 P p P So
217. oximadamente que para as linhas el tricas de extens o m dia a mais conveniente a tens o de 1 kV por cada quil metro de linha Por exemplo para uma linha de 200 km conveniente a tens o de trabalho de 200 kV Ao escolher a tens o deve ter se em conta que ela deve corresponder a uma das tens es padronizadas 28 Por raz es pr ticas a pot ncia entregue aos centros de carga n o pode em geral ser consumida nos n veis de tens o em que feita a transmiss o Nessa etapa s o utilizados transformadores abaixadores para reduzir o n vel de tens o e assim abastecer as redes de distribui o Isso acarreta um aumento correspondente dos n veis de corrente e as perdas mas isso normalmente aceit vel pois ocorre nas proximidades das cargas e n o impede o aproveitamento da energia Dentro desta descri o poss vel identificar tr s reas de interesse para explora o econ mica e que formam a base da estrutura econ mica a gera o a transmiss o e a distribui o da energia At recentemente tanto no Brasil como no exterior as empresas de energia el trica se organizaram predominantemente pelo modelo de integra o vertical ou seja uma mesma empresa controlando a gera o a transmiss o e a distribui o da energia el trica A tend ncia internacional que se observa no sentido da desverticaliza o das empresas de 16 energia el trica Em muitos pa ses o Brasil entre eles essa tend ncia veio
218. p tulo 5 Estudo dos princ pios operacionais dos medidores e sua rela o com a automa o residencial q Cap tulo 6 Descri o em linhas gerais da aplica o dos novos conceitos na automa o das instala es residenciais e q Cap tulo 77 Conclus o A partir desses elementos poss vel conceber o conceito de uma instala o el trica que seja sustent vel dentro de um sistema el trico que opera atrav s das chamadas redes inteligentes 13 2 4 VARI VEL SOCIOECON MICA A eletricidade como recurso energ tico adquiriu import ncia vital na sociedade moderna pois permite atender de modo relativamente simples e flex vel a demanda de energia Devido facilidade com que se converte a energia el trica em outras formas de energia tais como calor luz e for a motriz esse insumo preferido em muitas aplica es Chamamos de eletrot cnica a ci ncia que estuda as aplica es pr ticas da eletricidade possibilitando por exemplo o transporte de energia de modo seguro a grandes dist ncias atrav s das redes el tricas O funcionamento de uma rede el trica que depende de recursos materiais e das opera es t cnicas e representa um custo para a sociedade Esse custo distribu do pela sociedade e para o consumidor particularmente o residencial se traduz na fatura mensal Devido aos interesses econ micos das concession rias depois das privatiza es e as consegiientes press es da sociedade pela man
219. partida em torno de 0 5 da corrente nominal de modo que h dificuldade em medir valores no come o da escala Segundo dados da concession ria Eletropaulo 39 devido sua sensibilidade esse medidor somente mede acima dos 26 4W o que ajuda a entender a preocupa o com os aparelhos ligados em stand by Essa tecnologia de medi o no entanto est consolidada em um vasto parque instalado a vida til estimada em 25 anos maior que os 15 estimados para o eletr nico sendo menos sens vel a varia o de temperatura com possibilidade de reparo Segundo dados da concession ria Eletropaulo existia em 2008 cinco e meio milh es de consumidores com esses medidores ligados na rede de baixa tens o de modo que a substitui o representa um nus consider vel em capital e tempo A resolu o dos dados dispon veis varia em fun o do medidor dispon vel por exemplo a maioria dos medidores atualmente opera em um sistema que registra os dados em uma escala mensal Os medidores eletr nicos podem fornecer dados em uma escala de minutos e al m disso indicam outros par metros al m do consumo de energia Um exemplo de aplica o pode elucidar o efeito desses medidores Em uma instala o el trica se registrou a varia o da pot ncia ao longo de uma semana com um medidor eletr nico e associado a isso se estimou a varia o do fator de pot ncia de acordo com o crit rio da resolu o 456 da ANEEL A figura 5 11 a seguir il
220. pecto o dimensionamento da prote o contra os efeitos do curto circuito na instala o Os principais elementos que constituem a imped ncia utilizada para o c lculo da queda de tens o s o a resist ncia e a indut ncia dos condutores que constituem os circuitos 162 As normas NBR6880 e NBR6252 53 indicavam a express o para o c lculo da resist ncia em fun o das dimens es f sicas dos fios e cabos da sua constru o e do material condutor utilizado _ 4py Q Ro PR hkat H nnd m 6 3 Onde 8 R a resist ncia em corrente cont nua a 20 C 8 p a resistividade padr o a 20 C e vale 17 241 Q mm km para o cobre e 28 264 Q mm km para o alum nio n o n mero de fios do condutor 8 d o di metro nominal dos fios do condutor em mm k um fator dependente do di metro dos fios no condutor da natureza do metal e do fato de os fios de cobre serem nus ou revestidos 8 k um fator de encordoamento dos condutores B ks um fator que depende da reuni o dos condutores Di metro elementares mm gt 0 10 0 31 0 91 3 60 dos lt 0 10 0 31 0 91 3 60 kl Fio s lido 163 ou corda Condutores encordoados fios compacta Cobre nu 1 03 1 03 1 03 Cobre Cobre nu revestido ou alum nio nu 1 07 1 04 1 05 1 02 1 04 1 02 1 04 Cobre revestido ou alum nio nu 1 12 1 07 1 04 1 03 Nota Revestido significa coberto por uma camada de estan
221. plica o por m o seu custo elevado restringe sua aplica o aos dispositivos port teis Os ve culos el tricos podem representar uma alternativa para viabilizar o uso de baterias nas instala es el tricas residenciais pois o benef cio resultante de sua aplica o para deslocamento da demanda seria associado ao transporte Al m disso os recursos t cnicos necess rios manuten o dessas baterias s o aqueles dispon veis para o ve culo Esse recurso j pode ser considerado como normal pois o ve culo movido a motor a combust o com vasta distribui o pelo mundo j utilizam servi o t cnico especializado para sua manuten o que prestado pela rede de oficinas existentes Ainda que n o seja usual o motor desses ve culos pode ser adaptado para produzir energia el trica por exemplo No caso do ve culo el trico o usu rio poderia conect lo na rede dom stica quando estivesse em casa e este forneceria energia nos hor rios em que ela fosse mais cara recuperando a carga no momento de baixa no pre o desse insumo Em um futuro pr ximo essa perspectiva n o estar ao alcance de uma parcela significativa da popula o pois esses ve culos n o s o comuns e as instala es el tricas 140 residenciais precisariam ser adequadas para esse fim Como exemplo ilustrativo os edif cios de apartamentos existentes precisariam adaptar extens es el tricas especiais nas garagens para os ve culos Isso implicaria em haver vaga
222. pois maior a concentra o populacional nesses locais Essa tend ncia verificada nesses n meros agregados pode se estender para os indicadores regionais e suas ramifica es at atingir o ponto de vista do consumidor Isto significa que mesmo que o 19 indicador de uma determinada regi o aponte valores aceit veis pode haver locais n o atendidos com a mesma qualidade de fornecimento Por isso esses indicadores muitas vezes s o insuficientes para avaliar adequadamente a qualidade da energia percebida pelo consumidor Fundamentalmente esses indicadores contemplam a continuidade do servi o j que evidente que a interrup o implica em transtornos Por outro lado a quest o da qualidade de energia relevante pois tamb m pode provocar a descontinuidade dos servi os prestados pela energia el trica e trazer preju zos Por m nesses casos a determina o mais trabalhosa que a simples detec o da falta no fornecimento Exemplo claro disso s o as linhas de produ o automatizadas nas quais uma queda de tens o mesmo que moment nea pode acarretar grandes atrasos por conta do reinicio da cadeia produtiva Nos escrit rios e resid ncias os sistemas computacionais cada vez mais presentes muitas vezes s o afetados por tais dist rbios causando preju zos devido perda de informa es cr ticas em momentos inoportunos Entretanto os indicadores que figuram nas tarifas de energia e que determinam eventuais multas para a
223. que um medidor de energia do tipo que opera por indu o pode apresentar elevado erro instrumental quando submetido a condi es harm nicas 37 5 2 2 Os medidores inteligentes smart meters Dentro do universo dos medidores eletr nicos existe uma categoria que incorpora fun es de aquisi o an lise e comunica o de dados A esse grupo de medidores se atribui a designa o de medidores inteligentes ou smart meters em ingl s Seu princ pio de funcionamento se assemelha muito ao medidor de pot ncia eletr nico J citado neste cap tulo por m agregam fun es para comunica o de dados em massa teis aos sistemas de gerenciamento integrado 123 Em se tratando de uma tecnologia que substitui uma outra j consolidada a confian a nos medidores eletr nicos deve ser assegurada atrav s da garantia de que eles conseguem ao menos medir com desempenho similar aos eletromec nicos tradicionais A avalia o de desempenho do medidor eletr nico comparado ao medidor eletromec nico tradicional um assunto de interesse para as concession rias sendo objeto de estudos No estudo sobre a interfer ncia de harm nicas em equipamentos de medi o de energia el trica 37 foram realizados ensaios nas condi es normalizadas e com ondas distorcidas Trata se de uma compara o de duas tecnologias para verificar o desempenho frente a condi es normalizadas e com distor es nas formas de onda acima do normalizado
224. r ele controlado Isso n o exime o uso de disjuntores nas instala es el tricas pois a unidade de sa da pode apresentar um defeito prejudicial linha que a alimenta e nesse caso deve haver uma prote o O c lculo da corrente de curto circuito terminal pode ser feito com base na resist ncia da linha que varia conforme a express o 6 5 e a tabela 6 2 lembrando que esse valor deve ser multiplicado por dois devido ao fato de ser calculado por condutor Independente de se usar corrente cont nua ou alternada na instala o el trica residencial existe o problema de seguran a associado s v rias fontes que se sup e estarem interligadas pelo barramento principal No caso de manuten o desta parte da instala o deve se cuidar do desligamento de todas as fontes envolvidas 171 6 7 O controle autom tico aplicado s redes dom sticas A eletricidade como forma de energia torna f cil o desenvolvimento de dispositivos autom ticos de processamento de informa es e controle de modo que outras redes de insumos energ ticos operam com o aux lio de dispositivos el tricos Dessa forma se espera que a rede de energia el trica atue como se fosse o sistema nervoso do ponto de vista do aproveitamento energ tico das instala es Existem muitos modos pelo qual a energia el trica pode contribuir com outros energ ticos diretamente por m a opera o inversa muitas vezes n o recomend vel O princ pio a ser adotado do trabalho
225. r isso est pronto a expressar os fatos f sicos na forma matem tica que esta etapa Para isso necess rio o conhecimento dos modelos matem ticos adequados e a pesquisa aplicada para a obten o das respostas 39 Neste caso a pesquisa leva a matem tica financeira e suas defini es O custo de investimentos dado pelo investimento vezes o fator de recupera o de capital dividido pelo n mero de lumens hora O fator de recupera o de capital calcula o equivalente ao investimento que seria gasto durante o ano levando em conta a taxa de desconto remunera o do capital O FRC dado pela express o FRG 1 d 2 21 Onde r a taxa de desconto em ao ano convertida a decimal Ni corresponde vida til dos componentes instalados dado em anos e i se refere aos v rios componentes Para o c lculo de N relativo s l mpadas se aplica N Vui hd 365 2 22 Onde Vu a vida til do componente por exemplo a l mpada em horas e hd o n mero m dio de horas di rias de utiliza o do componente Assim o custo unit rio devido a cada um dos investimentos I ser dado por cr EP FRO p 2 23 O valor de 4 introduz um operador matem tico da energia luminosa para quantificar o servi o energ tico til A unidade Mlm h mega l men hora A quantidade de mega l men hora produzida no ano dada por _ Pe Pr Em hd 365 p 10 2 24 P Onde P a pot ncia
226. razo as suas instala es el tricas o que justifica a exist ncia de geradores e o aproveitamento de fontes alternativas de energia em determinados lugares Dessa forma com o intuito de prosseguir com o estudo se pode resumir de modo bastante simplificado o grupo denominado de fornecedores como sendo o agente que entrega o insumo energ tico para o consumidor com um n vel de confiabilidade assegurado no fornecimento fiscalizado por agente regulador do governo Devido ao processo de privatiza o esse grupo passo a ter maior foco no rendimento econ mico que na efici ncia t cnica Aufere lucro dessa atividade mas n o segue as leis de mercado ordin rias por ser um setor de monop lio natural Ao inv s disso submetido a um regime de pre o teto controlado que visa emular o comportamento de equil brio de mercado criando um ponto de refer ncia para efici ncia econ mica proporcional redu o dos custos operacionais dentre eles a opera o e manuten o A rede inteligente torna poss vel gerenciar a demanda em tempo real e dessa forma obter o desempenho energ tico timo da rede atrav s do controle da demanda em tempo real Com isso se esperam retardar os investimentos na amplia o da capacidade do sistema Al m disso se espera que atrav s de sistemas de medi o remota e c lculo de tarifas mais sofisticado se diminuam as perdas Associado a isso a opera o otimizada em fun o dos dados dispon veis tende a diminuir os
227. rede existente Nesse particular para aplica o com redes inteligentes de distribui o de energia se projeta a necessidade de maior conectividade posto que a rea de abrang ncia vasta e os ambientes e sistemas locais variam muito de usu rio a usu rio A informa o em uma rede inteligente que trafega nos dois sentidos usada para coordenar um sistema inteligente de consumo de pot ncia exige muito da rede de comunica o pois implica no tr fego de informa es relacionadas ao consumo dos usu rios e ao controle de seus equipamentos inteligentes 24 Do lado remoto o uso de fibras ticas FTTH fiber to the home se torna uma tend ncia enquanto que a comunica o sem fio e a comunica o pela linha de pot ncia PLC power line communication s o os meios prim rios para comunica o local A comunica o sem fio tem vantagens como alto ndice de sucesso taxa de comunica o segura instala o e manuten o f ceis Todavia sua vulnerabilidade a interfer ncia associado ao fato de que a qualidade da comunica o e a dist ncia serem afetadas por paredes no uso interno Al m disso o sinal da rede sem fio pode n o estar dispon vel devido a v rios tipos de restri o Portanto a tecnologia de rede sem fio n o uma op o tima em larga escala 24 Independente do meio de comunica o PLC sem fio todos tem limita es que fazem com que um seja melhor que o outro em fun o do local da instala o Ess
228. res Esses equipamentos designados genericamente como conversores podem ter seu n mero reduzido significativamente com a ado o de um sistema de distribui o em corrente cont nua o que implica na diminui o das perdas associadas a eles Isso poss vel devido evolu o dos conversores em corrente cont nua que permitem condicionar a energia com n vel de perda aceit vel As principais caracter sticas de um sistema desse tipo podem incluir 144 q Absor o da energia da rede da concession ria sem alterar a forma de onda e com alto fator de pot ncia e q Permitir o fluxo bidirecional da energia O custo pode ser significativamente favor vel para uma modalidade de corrente ou pela alternada mas a premissa mais interessante para estudo a possibilidade de utilizar indistintamente os equipamentos j existentes conforme a conveni ncia do usu rio As l mpadas incandescentes que neste momento tendem a cair em desuso possuem essa capacidade Conforme se observar posteriormente neste texto a evolu o da eletr nica de pot ncia permite a constru o de fontes de energia para os equipamentos muito flex veis e de maior rendimento Isso produz equipamentos que podem operar indistintamente com corrente alternada ou cont nua em uma ampla faixa de tens es Por exemplo algumas fontes autom ticas podem operar na faixa de 100 a 240V sem a interven o do usu rio Mesmo que os equipamentos possuam grande flexibilidade impo
229. rifa para a qual o consumidor n o possui todos os dados para verificar se o que est sendo cobrado justo e determinar as poss veis corre es pois os dados integralizados s o fornecidos como um valor num rico que n o pode ser conferido a partir dos n meros fornecidos na conta Por outro lado o fornecimento desses dados apresentado no artigo 102 da resolu o 414 como um servi o cobr vel pela concession ria correspondente a disponibiliza o dos dados de medi o armazenados em mem ria de massa 2 6 A racionaliza o econ mica utilizada de um ponto de vista t cnico A raz o econ mica fornece indica es b sicas para as realiza es t cnicas As determina es do n vel de tens o de uma linha de transmiss o e a se o econ mica de um condutor utilizado em uma instala o s o exemplos desse fato Em geral a racionaliza o econ mica est embutida em muitas das regras aplicadas pelos t cnicos e engenheiros em seus projetos Devido ao uso consagrado dessas regras em muitos casos o t cnico ou engenheiro parte de pressupostos que s o assumidos como verdadeiros mas no entanto foram desenvolvidos para solucionar um problema espec fico Isso um fen meno recorrente pois existem muitas formas de se resolver um problema de engenharia do mesmo modo que existem muitas formas de an lise que variam em complexidade e alcance Devido ao grande n mero de m todos aplic veis o profissional muitas vezes n
230. rm nica de tens o e melhor fator de pot ncia na interface da concession ria As duas ltimas caracter sticas s o particularmente importantes devido a enorme escala no processo de retifica o devido ao grande n mero de consumidores resid ncias O n vel de tens o pode ser determinado em fun o dos equipamentos a serem alimentados pela rede por exemplo as l mpadas fluorescentes compactas de 110VCA operam com uma tens o de aproximadamente 155VCC Existem televisores que operam com uma tens o de entrada de 300VCC mesmo que alimentados por uma rede de 110VCA pois utilizam circuitos dobradores de tens o Para saber qual a configura o mais adequada necess rio um estudo de compatibilidade dos equipamentos atuais visando adapta los a uma rede que opere em corrente cont nua 148 Quatro n veis de tens o se destacam 20V 110V 155V e 310V O primeiro n vel compat vel com os equipamentos que operam com baixa tens o que geralmente s o alimentados por pequenas fontes DC O segundo n vel corresponde ao valor eficaz da tens o da rede CA e pode ser utilizado para os equipamentos resistivos O n vel corresponde ao valor de pico da rede CA adequados para alimentar certos equipamentos eletr nicos O quarto n vel corresponde ao dobro do valor de pico da rede CA pois existem equipamentos que utilizam dobradores de tens o A tens o do barramento principal todavia deve ser definida como um valor fixo maior que a utilizada
231. rma de onda que deve ser senoidal Pain is solares fotovoltaicos fornecem tens o cont nua e dessa forma a liga o destes com a linha el trica pode ser simplificada Seguindo a mesma linha de racioc nio pequenos geradores e licos podem ser conectados na linha CC Pode ser utilizada para mitigar os efeitos dos SAGs e SWELs Devido evolu o dos equipamentos eletr nicos a utiliza o da corrente cont nua e com baixa perda pode ser vi vel empregando muitos dos elementos das instala es j existentes em corrente alternada e em alguns casos at coexistindo com ela O estudo das caracter sticas dos equipamentos e da rede el trica pode determinar a forma de harmonizar circuitos de corrente cont nua e alternada 6 3 2 1 A configura o da rede CC O estudo para aplica o de uma rede suprida por tens o cont nua em fun o das suas caracter sticas operacionais Para isso al m da configura o b sica proposta 143 necess rio analisar o comportamento dos diversos elementos que constituem a instala o O primeiro elemento a ser estudado a configura o da rede que indica a maneira como os componentes s o interligados e se comportam no sistema A configura o b sica da rede n o deve ser muito diferente das redes convencionais o que uma vantagem pois aproveita muito dos seus elementos Basicamente a linha composta por um circuito principal e as unidades de sa da com base na configura
232. rsidade Federal do Cear Fortaleza 2009 KHAN H A ZHEN Xu lu H SREERAM V Review of technologies and implementation strategies in the area of Smart Grid In Power Engineering Conference 2009 Proceedings AUPEC 2009 Australasian Universities 2009 p 1 6 27 30 REDEINTELIGENTE COM Medidor inteligente aposta de el tricas Dispon vel em lt http www redeinteligente com 2011 09 08 medidor inteligente de energia e aposta de eletricas gt Acesso em 30 jan 2012 SANTOS L F PEREIRA M Uma abordagem pr tica do IEC61850 para automa o prote o e controle de subesta es 2003 VII SIMP SIO DE AUTOMA O DE SISTEMAS EL TRICOS 7 2007 Salvador Anais VII SIMPASE Salvador 2007 MORENO H et al Guia o setor el trico de normas brasileiras NBR5410 NBR14039 NBR5419 NRI0 O Setor El trico Atitude Editorial p 405 2011 Edi o especial KASSATKIN A S Fundamentos da Electrotecnia URSS Mir 1980 GRAY A WALLACE G A Principles and practice of electrical engineering Nova York McGrall Hill 1940 EICHELBERGER R OLIVEIRA R H KASSICK ENIO Cargas lineares e n o lineares impactos sobre a tens o e a corrente Eletricidade Moderna ano 37 n 423 p 154 165 jun 2009 SOUZA Fabiana P ttker de Corre o do fator de pot ncia para instala es de baixa pot ncia empregando filtros ativos Florian polos 2000 226p Tese 32 33 34 35 36 37 38 39
233. rtante para o controle da rede CC que haja um conjunto de regras b sicas operacionais para o caso de falha no sistema supervisor 45 q O barramento CC deve ser mantido est vel dentro de uma faixa aceit vel por exemplo no entorno de 5 q Os conversores utilizados entre o barramento CC e as fontes renov veis devem ter capacidade para lidar com toda a energia gerada por esses componentes desde que haja carga para absorve la bateria para ser carregada ou a possibilidade de exportar para a rede da concession ria q O sistema de armazenamento de energia deve ser abastecido logo que poss vel e descarregado somente quando necess rio e q O conversor ligado unidade de entrada ou sa da da concession ria deve absorver a pot ncia da rede sempre que as fontes renov veis locais forem insuficientes e export la quando houver excedente Para atingir esses objetivos o esquema sugerido 45 abrange os elementos ilustrados na figura a seguir 145 Figura 6 2 Esquema de uma poss vel configura o de rede CC Fonte AUGUSTONI M et al 2003 A premissa de que a rede CC deve agregar v rias fontes e operar com seguran a implica em cuidados com o sistema de controle e medi o A coordena o da rede pode ser feita por um sistema computadorizado que define prioridades em fun o de crit rios de despacho ligando e desligando elementos da rede procura otimizar seu uso Essa filosofia tende a reproduzir em pequena escala o
234. rtigo A solid state time division multiplier 36 e permitiu realizar simula es de funcionamento do circuito com algumas adapta es necess rias para superar algumas quest es pr ticas dos circuitos eletr nicos reais 5 1 2 1 O circuito multiplicador Feedback Time Division Multiplier System O diagrama de blocos do circuito multiplicador dado na figura abaixo Uma das vari veis X no caso modula a parti o do tempo de uma forma de onda retangular 107 gerada pelo circuito fechado L representado dentro das linhas tracejadas A tens o X e outra comutada pela chave Sl entre os valores de refer ncia K e K s o somadas na entrada do circuito integrador I Figura 5 3 Diagrama de bloco de um circuito multiplicador Fonte FUCHS GAFNI 1962 O sinal integrado no tempo resultante na sa da figura a seguir aplicado a um bloco comparador BC composto de um circuito bi est vel sens vel tens o que muda de estado quando a entrada alcan a os limites E e E Este circuito fornece sinais para as chaves eletr nicas S e S2 yi Figura 5 4 Forma de onda na sa da do integrador Fonte Autoria pr pria A segunda vari vel Y e seu negativo Y s o comutadas por S2 na entrada do amplificador A configurado como filtro passa baixa Uma sa da proporcional ao produto XY obtida Os per odos de tempo T1 e T2 necess rios para que a sa da do integrador se eleve e c
235. s mecanismos dos medidores eletromec nicos 67 Num certo circuito arbitr rio a pot ncia instant nea criada pela tens o e pela corrente com forma de onda senoidal e defasagem entre elas sendo expressa matematicamente pelo produto das duas u t U m x sen Qt i t Im sen t p Umax sen wt Im x sen wt q 4 7 a 4 9 p Um x Im x sen wt cos seng sent cos t 4 10 Como se sabe a partir da trigonometria 5 1 cos 2 t sen20t sen ot senat cos ot 2 2 4 11 e 4 12 Da se deduz que U m x Im x p cosq cosq cos 2wt senq sen2wt 2 U m x Im x cosq cos cos 2wt seno sen2mt 2 4 13 e 4 14 Ainda a partir da trigonometria cos 2wt Q cos cos 2wt seno sen20t 4 15 m x Im x Pae lie coso cos 2mt Q 2 4 16 A pot ncia instant nea composta por um termo constante que independente do P tempo e um termo vari vel em fun o do tempo O primeiro termo constante ao longo do tempo representado por uma reta O segundo termo representado por uma fun o co seno com o dobro da freq ncia dos sinais de tens o e da corrente Graficamente essa express o corresponde curva da pot ncia instant nea ilustrada a seguir 68 Figura 4 1 Decomposi o da forma de onda da pot ncia alternada Fonte
236. s 16 25 Aos demais integrantes da sociedade necess rio o entendimento que a energia el trica um bem p blico essencial por m para termos a eletricidade nossa disposi o s o necess rios investimentos intensos que devem ser corretamente remunerados Desta forma o comportamento inadequado de alguns consumidores acarreta tarifas maiores para os demais ou seja a aceita o da fraude furto de energia e inadimpl ncia como atitudes normais e aceitas pela sociedade implica em que todos paguem por isso 16 Nesse contexto o conceito de rede inteligente se coloca para suplantar o problema das perdas atrav s da possibilidade do controle mais rigoroso do sistema A implanta o dessas redes afetar concession rias e consumidores e a din mica do processo provavelmente deve seguir o princ pio da a o e rea o A partir dessas premissas e observando e classificando o consumidor se pode divisar a estrat gia deste em fun o da realidade que lhe imposta 2 4 As modalidades de tarifa A estrutura do sistema de pot ncia determina as possibilidades para o consumidor que em fun o dos seus limites e suas regras define suas pr prias estrat gias de aquisi o da energia A compreens o das formas de se pagar pela energia adquirida fundamental para as decis es sobre projetos de aproveitamento energ tico 177 A resolu o 456 da Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL publicada no Di rio Oficial em 29 de
237. s concession rias n o contemplam eventos moment neos ou transit rios A ANEEL implantou em 2000 mais tr s indicadores para refletir mais adequadamente o ponto de vista do consumidor individual DIC FIC e DMIC 11 O DIC a Dura o de Interrup o por unidade Consumidora o FIC a Fregii ncia de Interrup o por unidade Consumidora e indicam respectivamente por quanto tempo e o n mero de vezes que uma unidade consumidora ficou sem energia el trica durante um per odo cont bil considerado O DMIC a Dura o M xima de Interrup o por Unidade Consumidora o indicador que limita o tempo m ximo de cada interrup o e deve impedir que a concession ria deixe o consumidor sem energia por um per odo muito longo Esse indicador j controlado desde 2003 As metas para os indicadores DIC FIC e DIMIC est o publicadas na Resolu o 024 da ANEEL desde janeiro de 2000 sendo informadas na conta de energia el trica do consumidor as metas para o DIC e FIC A exist ncia de indicadores e multas contudo n o assegura a evolu o para melhor nos servi os prestados conforme se observa pelos n meros das Tabelas 2 1 e 2 2 A tend ncia observada a manuten o dos n veis e no caso da regi o norte houve at a degrada o dos par metros associados a confiabilidade dos servi os 20 Um estudo sobre os impactos da privatiza o sobre a qualidade dos servi os de uma distribuidora de energia aponta algumas proposi es i
238. s de pico o que evidenciado pela chamada tarifa branca Assim para que ocorra o efeito pretendido fundamental a participa o do consumidor Essa modalidade tarif ria que depende da substitui o dos medidores prev redu o na tarifa em rela o convencional desde que o consumidor evite os hor rios de ponta A demanda de energia nesses hor rios reflete o h bito de consumo que determinado por condi es muitas vezes al m do controle do consumidor O que se pretende incentivar o consumidor a mudar seu padr o de consumo n o exatamente seus h bitos Para que possa haver uma defasagem entre o padr o de consumo e a utiliza o da energia necess rio que esta seja armazenada nos per odos mais favor veis para ser utilizada nos momentos de maior necessidade Neste caso fundamental haver dispositivos autom ticos que executem as opera es t cnicas que permitem o armazenamento de energia e seu gerenciamento seguro Esses dispositivos de automa o podem ser similares aos utilizados na automa o de processos industriais Por outro lado devido ao custo dos equipamentos destinados automa o o item conforto muitas vezes se sobrep e a utilidade b sica de modo que a difus o de aplica es dom sticas pode ser restrita Entretanto o estrato da sociedade que possui acesso a esse tipo de recurso consome energia mais intensivamente de modo que associar o conforto economia pode ser atraente 174
239. s e econ micas visando tomada de uma decis o simples 14 2 1 Estrutura econ mica do sistema de pot ncia A estrutura gen rica do sistema el trico em fun o de seus ativos formada por geradores transformadores linhas de transmiss o e alimentadores de distribui o 6 Geralmente os geradores utilizados nesse sistema transformam energia mec nica em energia el trica A energia mec nica fornecida por turbinas hidr ulicas ou a vapor Neste ltimo caso a energia t rmica pode ter diversas origens carv o g s nuclear leo baga o de cana entre outras No Brasil predominante o uso do potencial hidr ulico 74 conforme se observa na Figura 2 1 Nuclear 2 7 Derivados do petr leo Oil products Carv o e derivados Coal 3 9 1 3 Hidr ulica Hydro 74 0 G s natural Natural gas 6 8 Figura 2 1 Gr fico da distribui o das fontes prim rias na gera o de eletricidade do Brasil em 2010 Fonte BEN 2011 Quando consideramos a distribui o das fontes prim rias para a ind stria de eletricidade no mundo o quadro muda totalmente Centrais Hidroel tricas o Outras 16 0 2 3 Centrais e Derivados de Petr leo i i 5 89 Centrais a Carv o Mineral 41 0 Centrais a G s Natural 20 19 Centrais de Fonte Nuclear 14 8 Figura 2 2 Gr fico da distribui o das fontes prim rias na gera o de eletricidade Mundial em 2007 Fonte BEN 20
240. s espec ficas para os moradores o que n o ocorre em muitos edif cios De qualquer modo as implica es das mudan as envolvidas no processo est o al m dos limites f sicos das instala es e n o podem ser enumeradas neste trabalho devido sua complexidade Atualmente a tecnologia mais difundida para armazenamento de energia a da bateria chumbo cida Por ser uma tecnologia cl ssica e consolidada a de mais f cil aquisi o por m os custos associados sua opera o somente s o justificados nas instala es el tricas como fontes auxiliares nas situa es de emerg ncia ou em comunidades isoladas Essa solu o particularmente atraente pois pode receber a energia gerada por pain is solares que s o compat veis com o n vel de tens o das baterias mais comuns Os acumuladores el tricos que operam atrav s de rea es eletroqu micas operam com corrente cont nua o que impossibilita seu uso direto nas instala es el tricas que operam com corrente alternada Esse fato implica na utiliza o de dispositivos conversores necess rios a condicionar a energia de forma a compatibilizar a bateria com a rede el trica Basicamente esses conversores s o baseados em retificadores e inversores e dessa forma no ponto de conex o da bateria haver obrigatoriamente um ponto onde a tens o cont nua Al m disso conforme indicada no cap tulo 4 a corre o do fator de pot ncia para as cargas n o lineares pode utilizar fi
241. sistemas de prote o coordenada de uma rede inteligente encontram fundamento nos sistemas de prote o utilizados em subesta es e sua automa o A norma IEC 61850 para automa o de subesta es contempla suas funcionalidades requisitos e defini es 26 Existem aplica es dispon veis atrav s de novas ferramentas e IED Intelligent Electronic Devices que permitem lidar com a automa o de subesta es cuja filosofia pode ser utilizada para orientar a coordena o da prote o em instala es el tricas inteligentes Esse sistema funciona atrav s da implementa o dos LN Logical Nodes mensagens GOOSE Generic Object Oriented Substation Event e outras ferramentas para elaborar esquemas l gicos de intertravamentos transfer ncias de disparos bloqueios etc Um dos principais objetivos desta norma garantir a capacidade de opera o entre IED de diferentes fabricantes permitindo o uso e troca irrestrita de dados ao trabalharem em modo cooperativo em um sistema Essa uma premissa importante para a elabora o de sistemas integrados que n o podem ser limitados pelos padr es de um fornecedor posto que as concession rias sendo muito vezes empresas globais exigem integra o O mercado global necessita de uma norma global e de um padr o que suporte todas as filosofias de opera o com uma combina o de dispositivos feita pelo menos da maneira como hoje se faz com cabos de cobre 26 O compromisso com
242. sition 1 60 T BIA AB Jano A B Ex acj ojjDo Ac ojc Figura 5 6 Sinais indicados pelo oscilosc pio virtual Fonte Autoria pr pria Essas formas de sinais s o encontradas em muitos dos trabalhos sobre esse tipo de circuito multiplicador pesquisados O valor da tens o m dia encontrada na sa da do circuito simulado de 333mV corresponde ao produto da tens o Y 2V pela tens o X 2V dividida pela tens o K 12 o que confirma a f rmula apontada Repetindo a opera o para outros valores de X e Y a rela o matem tica se mant m v lida Nessa configura o o circuito opera em corrente cont nua e com pequenas altera es pode operar em corrente alternada conforme se observa a seguir A varia o do circuito multiplicador empregado pelo fabricante de instrumentos Yokogawa Electric Limited pode lidar com dois sinais alternados ao inv s de duas tens es cont nuas O circuito integrador I pode trabalhar com o sinal alternado Ex por m o sinal Ey fornecido por uma fonte sim trica com valor positivo e negativo ao circuito multiplicador conforme se pode observar na figura 5 5 Ao introduzir dois amplificadores inversores com ganho unit rio em cascata na entrada Ey se obt m dois sinais sim tricos e opostos que podem ser utilizados pelo circuito multiplicador Esses amplificadores est o representados por A e As na figura 5 7 110 Clock Figura 5 7 Circuito multiplicador YEW Fonte
243. sse sistema m vel Como o deslocamento em uma mola proporcional ao produto de sua constante el stica pela for a aplicada quanto maior o torque gerado maior o deslocamento Esse deslocamento medido sobre uma escala graduada disposta atr s de um ponteiro estrategicamente colocado para essa finalidade Devido in rcia mec nica esse sistema tem a caracter stica de responder ao valor m dio do torque aplicado quando submetido a vibra es mec nicas como aquelas produzidas pela intera o da bobina de corrente com a de tens o A intera o das bobinas produz um torque proporcional ao produto dos valores instant neos da tens o e da corrente Esse torque produziria um movimento oscilat rio se o mecanismo pudesse acompanhar com o dobro da frequ ncia da rede no caso de uma carga linear alimentada por uma fonte senoidal Como o sistema mec nico responde ao valor m dio do torque aplicado o deslocamento ser proporcional pot ncia ativa sendo geralmente indicado atrav s do deslocamento do ponteiro fixado na parte m vel Uma escala graduada com os valores da pot ncia ativa colocada atr s do ponteiro de modo que se possa obter as leituras do instrumento quando ocorre o deslocamento Ao variar o sentido da corrente em ambas as bobinas do watt metro a dire o do momento de rota o continua a mesma Mas se trocar de lugar no circuito os bornes de um dos circuitos do watt metro a fase relativa da corrente na respectiva bob
244. sterior ao hor rio de ponta O objetivo de evitar o deslocamento das cargas da ponta para picos adjacentes O artigo 126 fala sobre a transi o de hor rios e a defini o da constante kz As rela es ponta fora de ponta e intermedi rio fora de ponta ser o definidas como cinco e tr s respectivamente para a tarifa de uso do sistema de distribui o exclu do eventual sinal hor rio na energia 18 Trp e Trr 2 4 Onde Tp a tarifa no hor rio de ponta T a tarifa no hor rio intermedi rio H H 1 Trp a tarifa fora de ponta No processo de revis o tarif ria ser definida a constante kz rela o entre a tarifa do posto fora de ponta da modalidade branca e a tarifa convencional que ser necessariamente menor que a unidade 18 Onde Tc a tarifa convencional A vantagem auferida pelo consumidor varia em fun o do perfil de consumo e da rela o entre as duas modalidades tarif rias expressa em 2 5 A nota t cnica n 362 2010 apresentou uma s rie de gr ficos que apresentam a rela o entre a fatura com a tarifa branca sobre a tarifa convencional em fun o da rela o entre a energia total sobre a energia consumida no hor rio de ponta mais patamar intermedi rio 28 180 00 e 5 160 00 E kz 0 7 x 140 00 o S _ 120 00 partie SE SE 100 00 ds E 2 80 00 kz 0 4 s 3 o 60 00 CE SE o E 40 00 S o 20 00 wo Q a 0 00 0 00 20 00
245. stitu dos de um gerador e dois dipolos cada dipolo composto de dois elementos sendo um deles uma resist ncia que comum aos dois circuitos e o 79 z outro um indutor no caso do circuito linear ou um diodo no circuito n o linear conforme ilustra a Figura 4 3 L lac m cio AC eficaz DC eficaz DC eficaz t U m dio Figura 4 3 Circuitos para compara o Fonte autoria pr pria Chama se retificador o dispositivo destinado para a transforma o direta da corrente alternada em corrente cont nua Neste caso o circuito utilizado o mais simples retificador de meia onda cujo elemento n o linear o diodo que atua como uma v lvula No semiciclo positivo da tens o alternada da rede o diodo conduz a corrente el trica e no semiciclo negativo ele a interrompe Essa forma de opera o produz uma corrente n o senoidal que pode ser decomposta nas suas componentes harm nicas Como somente a forma de onda de corrente sofre deforma o devido opera o do diodo premissa fundamental ela pode ser decomposta em componentes segundo a express o 4 43 n t To L2 Tam sen not n l 4 43 A Figura 4 4 a seguir ilustra a decomposi o do sinal de sa da do retificador de meia onda em vermelho a corrente cont nua pulsante caracter stica do retificador de meia onda em azul a componente cont nua em verde e laranja as componentes harm nicas associadas A harm nica fundamental est em d
246. tador Essa unidade apresenta os seguintes par metros em funcionamento normal segundo a Tabela 4 4 Tabela 4 4 Computador CPU Pot ncia Tens o de alimenta o Corrente FDP THDI THDU 65W 126 1V 922mA 0 59 ind 131 5 2 1 Fonte Autoria pr pria O Variac foi ajustado at obter o melhor valor do fator de pot ncia sem que houvesse instabilidade na opera o do computador e dessa forma foram obtidos os par metros da Tabela 4 5 98 Tabela 4 5 Computador CPU com filtro Pot ncia 64W Tens o de alimenta o 126 0V Corrente 586mA FDP 0 87 ind THDI 54 3 THDU 2 1 Fonte Autoria pr pria Uma caracter stica observada que coerente com a teoria que nesses dois casos houve a diminui o do valor eficaz da corrente sem que houvesse diminui o da pot ncia ativa Esse m todo por m apresenta o inconveniente de operar numa faixa muito estreita e por isso a corre o do fator de pot ncia restrita carga para o qual foi ajustado Se outra carga for ligada no mesmo circuito ou a se a pot ncia aumentar como no caso do computador cuja demanda varia com a tarefa executada ocorre uma instabilidade no circuito do filtro que passa a apresentar flutua es na tens o de sa da Uma outra configura o interessante de filtro foi obtida com um reator de l mpada fluorescente convencional de 20W tens o nominal 220V corrente nominal 0 38A e fator de pot ncia nominal
247. termina o seu funcionamento por exemplo um rel de corrente que ajustado para determinado n vel aciona seu contato parte executiva se esse par metro supera o valor determinado Esse par metro ajustado a corrente de opera o e um posterior aumento do valor da corrente no receptor do rel n o provoca mudan a no estado do contato Por outro lado se o valor da corrente diminu do para um n vel abaixo do par metro ajustado o estado do contato alterado geralmente voltando condi o inicial Os valores de opera o de uns rel s e os valores de recupera o para voltar a condi o inicial n o s o iguais mais s o geralmente muito pr ximos A Figura 3 2 ilustra essas caracter sticas Estado do contato parte executiva Aberto y t Grandeza de comando Fechado receptor Valor de Volor de recupera o funcionamento Figura 3 2 Caracter stica de comando do rel Fonte Autoria pr pria Atrav s da combina o desses dispositivos podem ser desenvolvidos sistemas autom ticos para controles em geral Esses sistemas autom ticos constituem os comandos el tricos utilizados para controlar a opera o de dispositivos diversos Existem diversos exemplos aplic veis a instala es residenciais tais como comandos de bombas hidr ulicas em instala es prediais interruptores crepusculares para acionamento de lumin rias durante a noite comandos de elevadores etc O comando de um circuito de
248. tro podem ter valores diferentes dependendo do desequil brio e do tipo das cargas Esta uma situa o inaceit vel pois pode prejudicar o funcionamento das cargas tens o muito baixa para algumas e muito alta para outras e da mesma forma pode ser nociva ao conversor de interface Para evitar essa situa o necess ria a inser o de um conversor de balanceamento o qual distribui por igual a carga nos dois p los Conseqiientemente a barra CC pode ser formada por tr s condutores o p lo positivo o negativo e o neutro que assume as mesmas fun es que o correspondente no sistema CA e pode ter uma se o transversal reduzida se a carga for suficientemente equilibrada Neste sistema CC com a interposi o de um inversor podem alimentar cargas CA os valores elevados de tens o CC permitem a instala o de inversores de tr s pernas sem transformador de sa da capazes de constituir um sistema trif sico com os valores de tens o de linha se o inversor estiver conectado entre os dois p los conforme ilustra a figura anterior 147 Com rela o ao sistema de aterramento da se o CC o seu condutor de neutro pode ser conectado ao sistema de aterramento do transformador da subesta o linha tracejada na figura 6 2 ou pode ser deixado flutuante Essas duas solu es possuem caracter sticas diferentes sob o ponto de vista da seguran a Outras abordagens para a configura o do sistema divergem substancialmente deste model
249. u ncia facilita a filtragem diminuindo assim o volume e peso dos componentes de filtro e a ondula o ripple e controlando se o 153 dispositivo de chaveamento se pode ainda regular a tens o de sa da sem pagar o nus do baixo rendimento O estudo das topologias dessas fontes nos equipamentos permite determinar se elas podem ser ligadas em uma linha alimentada por tens o cont nua e em qual n vel Existem basicamente dois tipos de fontes chaveadas usadas em circuitos dos televisores computadores e similares o tipo buck e o tipo flyback O circuito de entrada da fonte buck composto por um retificador de meia onda com filtro dotado de capacitor O transistor atua como a chave do circuito e quando fechado alimenta a resist ncia de carga atrav s do circuito s rie formado pelo indutor ao mesmo tempo em que carrega o capacitor de sa da O indutor armazena energia no campo magn tico e o diodo de sa da nesse momento est polarizado no sentido reverso e se comporta como uma chave aberta Quando o transistor acionado pelo circuito de controle se comporta como uma chave aberta o indutor e o capacitor de sa da continuar o a suprir a resist ncia de carga Nesse momento o diodo de sa da passa a conduzir sendo influenciado pela tens o auto induzida do indutor que tem um sentido favor vel condu o de corrente nesse ramo do circuito Os ciclos de carga e descarga ocorrem em freqii ncia pr xima a 30 kHz e
250. u um exemplo em 2008 que ajuda a entender a situa o no caso desta empresa mineira o custo da leitura manual era de apenas R 0 40 por medidor 41 Mesmo que n o se conhe a exatamente o custo da infra estrutura para a medi o inteligente sabe se que ele n o nulo e depende de uma substancial rede tecnol gica para ser mantido Se por outro lado esse sistema fosse embutido em uma rede auto sustent vel de troca de informa es como a internet usaria recursos mantidos por outros interessados o que reduziria seu custo No entanto uma rede de dom nio p blico como esta implicaria em custos com a seguran a das informa es Desta forma se conclui que no estado atual da arte nos sistemas de medi o existem muitas alternativas confi veis desde que se considere o limite tecnol gico para sua aplica o em fun o do ambiente onde ser instalada Sistemas tecnologicamente avan ados e que agregam muitos recursos podem ser invi veis em um cen rio residencial mais humilde pois a demanda de energia pode ser gerenciada de maneira mais simples por sistemas mais baratos 128 5 2 3 Avalia o do cen rio com medidores de indu o eletr nicos e medi o do fator de pot ncia As perdas intr nsecas dos medidores de indu o podem ser obtidas dos dados dos fabricantes Segundo dados de cat logo 38 elas est o em torno de 1 1W no circuito de potencial e em torno de 0 2W no circuito de corrente Al m disso a corrente de
251. ue contenham cargas n o lineares e determinar a influ ncia desses elementos sobre o fator de pot ncia desde que n o ocorra deforma o significativa na tens o da rede 4 3 A aplica o pr tica dos conceitos na avalia o da demanda e do fator de pot ncia A teoria que fundamenta as medi es el tricas em corrente alternada envolve muitos par metros que descrevem em detalhes os fen menos el tricos 78 Entretanto para aplica es pr ticas se inclui o custo social da energia importante se resumir s descri es a alguns par metros mais significativos e assim facilitar o controle para os operadores do sistema Dessa forma se sobressa ram valores espec ficos que melhor representam os efeitos da corrente el trica tais como o valor m dio o valor eficaz o valor de pico tanto para tens o como para a corrente a pot ncia ativa que definida como um valor m dio e as grandezas auxiliares relacionadas como a pot ncia aparente a reativa e o fator de pot ncia Os conceitos de pot ncia aparente ativa e reativa valor eficaz da tens o corrente e por conseguinte o fator de pot ncia foi inicialmente desenvolvido para sistemas el tricos que operam cargas lineares alimentados por tens es na forma de onda senoidal operando em regime est vel A t cnica utilizada para an lise e opera o desses sistemas est bem sedimentada entre os t cnicos e engenheiros que atuam na rea el trica A dissemina o de car
252. ura 4 6 ilustra essa afirma o 100 Pot ncia ativa P Figura 4 6 Representa o dos produtos da tens o senoidal pelas componentes da corrente Fonte autoria pr pria baseada em EICHELBERGER 2009 O valor m dio da sen ide que corresponde ao produto da componente fundamental da corrente pela tens o da rede determina a pot ncia ativa indicada em verde no diagrama A corrente cont nua pulsante multiplicada pela tens o senoidal da fonte d origem a 88 onda em vermelho cujo valor m dio por defini o corresponde ao valor da pot ncia ativa e coincide com o valor m dio da sen ide em verde A onda azul que corresponde ao produto da componente cont nua pela tens o da fonte resulta em onda sim trica de valor m dio nulo A onda laranja que corresponde ao produto das harm nicas pela tens o da fonte resulta em onda sim trica de valor m dio nulo O baixo fator de pot ncia se deve a exist ncia de componentes que n o contribuem para a pot ncia ativa mas influenciam a pot ncia aparente o que similar ao comportamento de indutores e capacitores Entretanto a natureza dessa influ ncia diferente pois no caso deste circuito n o linear n o existe armazenamento de energia e troca com o sistema e por isso embora se possa mensurar um valor para a pot ncia reativa ela n o se relaciona simplesmente com os reativos indutivos e capacitivos Isso determina um procedimento para a corre o do fator de pot ncia
253. ustra os resultados FP amp POT NCIA ATIVA 1 00 0 30 0 80 0 70 0 60 0 50 0 40 0 30 0 20 0 10 sd i 0 00 L amostra x 10 min pot ncia e FP pu 629 643 657 671 685 699 713 727 741 755 769 783 797 1 2 3 5 6 881 895 309 323 937 951 6 7 FP_ POT NCIA ATIVA PU Figura 5 11 Medi o de pot ncia em uma instala o el trica Fonte Autoria pr pria 129 Os valores foram indicados em p u por unidade para facilitar a compara o no gr fico ao manter a mesma escala O valor de base da pot ncia corresponde ao maior valor registrado ou seja 9883W A escala de tempo de 1000 minutos por divis o e abrange um intervalo de aproximadamente 120 horas ou cinco dias sendo feito um registro a cada dez minutos O gr fico abrange um per odo de cinco dias e mostra um perfil recorrente de consumo exibindo picos e vales bem definidos o que sugere um aproveitamento energ tico baixo da capacidade da instala o Dessa forma existe a possibilidade de ampliar substancialmente a carga instalada desde que exista um sistema para coordenar a sua inser o no sistema de modo a evitar picos excessivos de demanda Para isso necess rio fazer o levantamento das cargas equipamentos relacionando seu uso ao tempo Em fun o disso se pode otimizar o uso das cargas o que envolve o planejamento integrado de recursos
254. uten o da qualidade do servi o as redes el tricas passaram a trabalhar em condi es mais restritas Dessa forma aumentou a exig ncia de desempenho econ mico e diminui o das perdas das redes Simultaneamente e incentivado por isso vem se desenvolvendo pelo mundo a chamada rede inteligente do ingl s smart grid e do outro lado os edif cios inteligentes do ingl s smart buildings cujos sistemas associados permitem otimizar os recursos do sistema na medida em que possibilitam o gerenciamento pelo lado da demanda em tempo real Esses fatos associados podem modificar a forma pela qual os consumidores residenciais v o adquirir a energia el trica pois este ser cada vez mais incentivado a participar de maneira integrada ao sistema Nesse cen rio o aproveitamento das fontes renov veis o armazenamento de energia a automa o das instala es etc podem se tornar alternativas vi veis frente aos custos da aquisi o da energia em um mercado din mico e comprador vido do insumo Dessa forma o objetivo deste cap tulo apresentar uma vis o geral do sistema de pot ncia associada aos custos sociais e econ micos envolvidos A partir dessa premissa poss vel avaliar qual a melhor solu o t cnica para adequar uma instala o el trica rede na qual ela est inserida visando obter o m ximo benef cio com o menor disp ndio de recurso No final do cap tulo h um exemplo de an lise que envolve vari veis t cnica
255. www Jeonardo energy org webfm send 435 gt Acesso em 1 fev 2012 ROCHAS Ana Fl via Evolu o das redes Revista GTD energia el trica ano 4 ed 28 p 38 43 nov dez 2008 PORTLAND ENERGY CONSERVATION INC PECI Energy management systems a practical guide O amp M best practices series p 5 13 Dispon vel em 43 44 45 46 47 48 49 50 51 183 lt http www scribd com doc 5 1532674 PECI PracticalGuide1 302 gt Out 1997 Acesso em 01 fev 2012 PRATSCH L W Automated Energy Management for New amp Existing Homes SEMIN RIO INTERNACIONAL AUTOMATED HOME MANAGEMENT EXPERT MEETING Denver Colorado EUA 1 Out 2009 Dispon vel em lt http www eere energy gov buildings building america ahem expert mtg html gt Acesso em 2 fev 2012 ASSOCIA O BRASILEIRA DE NORMAS T CNICAS NBR IEC 60439 1 Conjunto de manobra e controle de baixa tens o Partel Conjuntos com ensaios de tipo totalmente testados TTA e conjunto com ensaios de tipo parcialmente testados PTTA Rio de Janeiro 2003 76p AGUSTONI A et al Proposal for a high quality DC network with distributed generation 2003 In INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICITY DISTRIBUTION 17 2003 Barcelona Proceedings Barcelona 2003 ENGELEN KRISTOF et al The feasibility of small scale residential DC distribution systems In IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS 2006 Annual Conferente TECON2006 VISENTAINER

Aplicação de redes inteligentes nas instalações elétricas residenciais

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