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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Estudo do Consumo e Qualidade da Energia Elétrica no Campus Universitário Central da UFRN
Aluno: Francisco Guerra Fernandes Júnior
Orientador:
Ricardo Ferreira Pinheiro
Natal - RN
Agosto / 2003
1
Resumo
Foi instalado no campus universitário da UFRN um sistema de
sensoreamento e medição da energia consumida (Sistema CCK), que permite o
monitoramento do consumo, qualidade e perturbações que venham a ocorrer. Neste
sistema foram instalados softwares em dois computadores que fazem o
monitoramento da energia elétrica. Um desses computadores foi instalado no DCA.
Com isto, tem-se neste Departamento uma importante “ferramenta” que está sendo
utilizada como laboratório para testes sobre a qualidade e consumo da energia
elétrica no Campus Universitário, cujos resultados propiciarão o estabelecimento de
alternativas para a melhoria da qualidade e minimização do consumo para a própria
UFRN. Por outro lado, isto gerará conhecimentos e experiências que repercutirão
numa maior capacitação dos seus professores, técnicos e estudantes para contribuir
na resolução de problemas ocorridos fora do âmbito da instituição. O Sistema de
Monitoramento CCK é composto dos seguintes equipamentos: 01 unidade CCK
6000 (Gerenciador de energia); 53 unidades CCK 4500 (Medidor de energia); 03
unidades CCK 700 (Comunicação); SW CCK PC 6000 (Programa de monitoração
em tempo real). O presente trabalho propõe a elaboração de um manual prático
para a utilização do sistema visando o acompanhamento do grau de consumo e
qualidade da energia elétrica na UFRN, realização de diagnósticos pontuais (nos
pontos de medição) e comparativos (para localizar situações mais graves), e,
finalmente, a proposição de alternativas de solução. Propõe-se a adoção do
Departamento de Engenharia de Computação e Automação da UFRN (DCA) como
piloto para a realização de testes a fim de confirmar as estratégias e deflagrar a
execução do trabalho na UFRN.
2
Agradecimentos A Deus, que no alto da sua Magnitude soube me guiar e me dar
discernimento para cumprir meus objetivos da melhor maneira possível.
Aos meus pais, que souberam nos dar incentivo, apoio e segurança para que
pudesse seguir em frente.
Aos meus irmãos, pela ajuda cedida nos momentos críticos.
A Ricardo Ferreira Pinheiro, professor doutor do Departamento de
Engenharia de Computação e Automação da Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, pela sua valiosa orientação durante a realização deste trabalho.
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Sumário 1 – Introdução ................................................................................................... 1
1.1 - Cenário Energético Mundial ......................................................... 1 1.2 - Cenário Energético Brasileiro ..................................................... 3 1.3 - Cenário Energético da UFRN ...................................................... 4 1.4 - Conservação de Energia .............................................................. 7 1.5 – Qualidade de Energia .................................................................. 7 1.6 - Estruturação do Trabalho ............................................................ 9
2 - Sistema CCK Gerenciamento de Energia Elétrica e Utilidades ............. 10 2.1 - Objetivos do Sistema ................................................................... 10 2.2 - O Sistema CCK na UFRN/Natal .................................................... 12
2.2.1 - CCK 6000 .......................................................................... 12 2.2.2 - CCK 4500 .......................................................................... 14 2.2.3 - Comunicação Através do CCK 700 ................................ 17 2.2.4 - SW CCK PC 6000 ............................................................. 18
2.2.4.1 – Comunicação ..................................................... 20 2.2.4.2 – Leitura de Dados ............................................... 21 2.2.4.3 – Gerenciamento .................................................. 21 2.2.4.4 – Monitoração ....................................................... 23
3 – Problemas com Qualidade da Energia ..................................................... 25 3.1 - Desequilíbrios ............................................................................... 25 3.2 – Harmônicos .................................................................................. 30
4 – Análise Preliminar da Qualidade e Consumo de Energia das
Unidades da UFRN (que Possuem o Sistema CCK Instalado) .................... 35
4.1 – Desequilíbrio nas Tensões por Fase ......................................... 35 4.2 – Desequilíbrios de Correntes por Fase ....................................... 36 4.3 – Distorção Harmônica de Tensão ................................................ 38 4.4 – Distorção Harmônica de Corrente ............................................. 39 4.5 – Fator de Potência ......................................................................... 40 4.6 – Consumo de Energia de Algumas Unidades da UFRN ............ 42 4.7 – Propostas de soluções ............................................................... 43
5 – Análise Preliminar da Qualidade da Energia do DCA (Departamento 4
de Engenharia de Computação e Automação) ............................................ 47
5.1 – Desequilíbrio nas Tensões por Fase ........................................ 47 5.2 – Desequilíbrios de Correntes por Fase ...................................... 48 5.3 – Distorção Harmônica de Tensão ............................................... 48 5.4 – Distorção Harmônica de Corrente ............................................ 48 5.5 – Fator de Potência ....................................................................... 49
6 – Conclusões e Perspectivas de Trabalhos Futuros ............................... 50 7 - Bibliografia ................................................................................................ 52 8 – Anexos ....................................................................................................... 54
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1 - Introdução
1.1 - Cenário Energético Mundial
Atualmente, estima-se que aproximadamente um terço da população mundial
não tem acesso à energia elétrica e, mesmo em sociedades mais industrializadas,
com padrão de vida melhor, ainda coexistem formas rudimentares de transformação
e uso da energia.
A Ásia é o continente maior produtor de energia (34% do total da energia
produzida no mundo), seguida da América (31,1%) e da Europa (25,6%). A América
do Norte é o maior consumidor, principalmente os Estados Unidos que consomem
mais de um terço do total [13].
A produção mundial de energia, em 1997, segundo os dados da Agência
Internacional de Energia, somou o equivalente a 9,5 mil megatoneladas de petróleo,
dos quais 86,2% são provenientes de fontes não renováveis – carvão, gás natural e
petróleo. As reservas conhecidas de petróleo devem durar apenas mais 75 anos; as
de gás natural, um pouco mais de 100 anos; as reservas de carvão,
aproximadamente 200 anos. Embora tenham uso crescente, as fontes renováveis,
aquelas que podem se renovar espontaneamente (água, sol e vento) ou por
medidas de conservação (vegetação) – são responsáveis por apenas 13,8% do total
produzido.
Principais Fontes de Energia Primária
Fonte Parte do Total Produzido (%) Petróleo 35,8 Carvão 23,7 Gás natural 20,1 Energia nuclear 6,6 Outros* 13,8
Tabela 1.1 * Combustíveis renováveis e de resíduos (11,1%), energia hidroelétrica (2,3%), geotérmica,
solar e eólica (0,4%).
Fonte: Agência Internacional de Energia, dados de 1997
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Principal fonte primária de energia, o petróleo contribui com 35,8% na
produção total. Os especialistas apontam que a predominância desta sobre outras
fontes ainda deverá perdurar durante as próximas duas décadas, embora possa
haver redução do consumo em decorrência do aproveitamento de outros insumos,
como o gás natural.
Segundo os dados da Agência Internacional de Energia, até 1997, o carvão
era a segunda principal fonte de energia mundial. Os mesmos dados apontam a
China (33,8%), os Estados Unidos (25,6%) e a Índia (8,3%) como os maiores
produtores mundiais de carvão. Motivos ambientais e econômicos, que relacionam a
queima desse combustível com a acidificação das chuvas e a formação do smog
urbano, no entanto, contribuíram para a redução de 5% no consumo, durante a
década de 1990. Essa redução, de acordo com os levantamentos realizados pelo
World Watch Institute, indica que o produto teria caído para terceiro lugar, pouco
abaixo do gás natural.
Por seu teor menor de poluição, o gás natural apresenta atualmente o maior
crescimento de consumo entre os combustíveis fósseis. Embora a queima do gás,
como o carvão e o petróleo, resulte em dióxido de carbono, prejudicial à camada de
ozônio, seu percentual poluente é menor. Os maiores produtores mundias, em
1998, foram a Federação Russa (24,8%), os Estados Unidos (22,6%) e o Canadá
(7,3%). Em vista dos menores índices de poluição e das características como fonte
combustível substituta, o gás natural pode garantir energia para automóveis,
produção de energia em termoelétricas e nas indústrias de refrigerantes e cerâmica,
por isso é apontado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (EIA) como
a fonte primária que terá maior crescimento no uso até 2.020.
A energia nuclear contribui com 6,6% da produção mundial de energia.
Atualmente, estão em operação 433 reatores e outros 37 estão em construção. A
maior desvantagem dessa fonte é o risco de vazamento do material radioativo. Além
de termos um outro grande problema que é o de armazenamento do lixo atômico.
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1.2 - Cenário Energético Brasileiro
Em 2000, o Brasil consumiu 306.747 bilhões de kWh de energia elétrica. O
setor comercial foi responsável pelo consumo de 15% deste total, ou seja, 42,6
bilhões de kWh.
De toda a energia consumida no setor comercial desperdiça–se aproximadamente
14%, o que equivale a 5,8 bilhões de kWh. Isto representa um desperdício de 20%
de energia elétrica no Brasil. Existem muitas "vias de desperdício" de energia na
economia brasileira: seja por hábitos inadequados de consumo, utilização de
aparelhos ineficientes ou falta de conhecimento técnico por parte dos grandes
consumidores.
Em termos energéticos, o Brasil ocupa hoje no cenário mundial, uma posição
bastante significativa. As estatísticas da AIE - Agência Internacional de Energia
apontam o país como o 10º produtor mundial de eletricidade e o 4º produtor mundial
de hidro-eletricidade. Embora possua uma grande diversidade de fontes de energia,
o Brasil não tem geração suficiente para atender à demanda interna. A produção,
em 1999, foi equivalente a 202,7 milhões de toneladas de petróleo, mas o consumo
final totalizou 231 milhões, o que resultou num déficit de 28,3 milhões, suprido por
importações.
A produção nacional de energia (vide Tabela 1.2) está concentrada nas
fontes primárias de energia renovável, como energia hidráulica, lenha e derivados
da cana-de-açúcar, que correspondem a 66% do total produzido. As fontes não
renováveis – petróleo, gás natural, carvão e urânio – são responsáveis por 34%.
Entre 1990 e 1999, houve uma diminuição na produção de energia com
fontes renováveis, principalmente a lenha, que caiu de 15% para 8,4%, e um
aumento de fontes não renováveis, sobretudo do petróleo e seus derivados, que
cresceu sua participação de 30,2% para 33,8% no mesmo período. Os dados gerais
do consumo por fonte primária estão na Tabela 1.3.
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Produção Primária de Energia no Brasil
Fonte Contribuição (%) Hidráulica (hidroeletricidade) 42 Petróleo 27 Biomassa* 24 Gás Natural 6 Carvão Mineral 1
Tabela 1.2
*Inclui lenha, bagaço de cana, carvão vegetal, álcool e resíduos vegetais
Fonte: Ministério das Minas e Energia, 1999
Energia Primária – Consumo por Fonte no Brasil Fonte Contribuição (%)
Eletricidade 39 Óleo diesel 12 Lenha e carvão vegetal 8 Gasolina 6 Óleo combustível 5 Carvão mineral 4 Álcool 3 Outras** 21
Tabela 1.3
** Inclui energia nuclear, com maior percentual, e fontes renováveis como energia solar e
eólica, com menor participação.
Fonte: Ministério das Minas e Energia, 1999
1.3 - Cenário Energético da UFRN
O crescimento da economia do país produz um apelo muito forte pelo
aumento do consumo de energia elétrica. Assim, não apenas gerar, transmitir e
distribuir energia devem ser tarefas desenvolvidas com competência, mas sobretudo
usá-la racionalmente, apenas transformando-a em produto útil à economia e ao
bem-estar da sociedade, para que se possa permanecer competitivo em um
mercado globalizado. Além disso, o uso racional da energia ajuda a reduzir os
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impactos de desgaste dos recursos naturais, que se constituem em insumos básicos
necessários à sua produção. Nesse contexto, as Universidades precisam assumir
um papel de destaque, tanto pela sua capacidade de formar recursos humanos
qualificados, como também por se constituírem em agentes formadores de opinião
junto à sociedade. Alie-se a essas características a experiência que têm as
Universidades em desenvolver pesquisas e soluções criativas para os mais variados
problemas tecnológicos. Não obstante suas responsabilidades institucionais, as
Universidades Federais receberam a determinação de instituírem seus próprios
Programas de Combate ao Desperdício de Energia.
De acordo com o sistema de tarifação vigente, não apenas a energia
consumida é tarifada, mas também a demanda. Dessa forma, é necessário
economizar energia elétrica, mais ainda, nos horários do dia em que o consumo é
usualmente mais intenso. Assim, definem-se os horários de ponta para a demanda,
da concessionária (17:30 h às 20:30 h) e da unidade consumidora (no caso da
UFRN, a ponta acontece entre 9:00h e 11:30 h). Os valores da demanda máxima
que deverá ocorrer no horário de ponta da concessionária, bem como da demanda
máxima que deverá ocorrer fora do horário de ponta, são utilizados para contratação
de demanda. Ultrapassagens dos valores contratados implicam em multas
elevadas. Portanto, um planejamento do consumo de energia elétrica torna-se
indispensável.
Particularmente na UFRN, avaliações preliminares permitem acreditar na
possibilidade de instituir um Programa de Uso Racional de Energia Elétrica, sem, no
entanto, impor qualquer sacrifício para a Comunidade Acadêmica, simplesmente
combatendo o desperdício e instituindo controles de consumo adequados. Nesse
contexto, é importante, por um lado, contar com a conscientização e a colaboração
de toda a Comunidade. Por outro lado, a simples descentralização da medição,
fazendo com que cada Unidade Acadêmica se responsabilizasse pela própria conta
de energia, elevaria o custo global, tendo em vista as características do sistema de
tarifação. Dessa forma, idealizamos um sistema que possibilita a supervisão de
consumo e de demanda de todas as Unidades Acadêmicas, sem, no entanto,
descentralizar as medições. Isso permitirá identificar as contribuições, relativas ao
consumo e à demanda, das diversas Unidades, para os valores totalizados
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constantes na fatura de energia elétrica do Campus Central. As providências para
implantação desse sistema encontram-se em andamento.
Deve-se considerar que as despesas da UFRN com energia elétrica
representam um percentual significativo dos recursos disponíveis, pressionando o
orçamento de custeio de toda a Universidade e exigindo de toda a Comunidade
Acadêmica uma mudança de postura, no que diz respeito ao uso da energia
elétrica.
É bem verdade que o aumento de área construída, bem como o aumento do
consumo de energia estão associados ao crescimento da atividade acadêmica.
Esse fato pode e deve ser ressaltado, quando da comprovação das metas atingidas,
diante do PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica.
Deve-se ter em mente, entretanto, que no período de dez/99 a jun/2000 houve um
acréscimo de 39% nos gastos com energia elétrica, o que corresponde a uma média
mensal de 1,9% ( ou 25% aa ). Essa taxa é muito superior às taxas usuais de
crescimento de mercado de energia ( em média, 7% aa ).
Diante desse quadro, a UFRN, assim como outras instituições, necessita de
um programa de conservação e racionalização do uso de energia elétrica. É
importante estabelecer parcerias para que se obtenha diagnósticos sobre
eficientização energética. A mais importante das parcerias, em um programa como
este, é com a Comunidade Acadêmica, pois sem esta, aquelas perdem
completamente o significado e a sua eficácia. É importante, por conseguinte,
ressaltar que o programa da UFRN precisa pertencer a todos os membros de sua
Comunidade, e não apenas aos seus administradores.
11
1.4 - Conservação de Energia
Na terminologia técnica da área de Engenharia, o termo conservação de
energia refere-se a técnicas e procedimentos que visam reduzir o desperdício e o
uso ineficiente da energia, principalmente elétrica, sem comprometer o conforto e/ou
a produção. Em geral, o termo conservação está ligado ao uso racional da energia.
Essa área tecnológica tornou-se emergente, principalmente, depois da crise do
petróleo na década de 1970, quando a elevação dos preços desse insumo alterou
substancialmente a estabilidade das estratégias de obtenção dos recursos
necessários para garantir a sustentabilidade energética do processo de
desenvolvimento.
De maneira genérica, a conservação de energia pode ser aplicada em diversos
níveis:
1. Eliminação dos desperdícios;
2. Aumento da eficiência das unidades consumidoras de energia;
3. Aumento da eficiência das unidades geradoras de energia;
4. Reaproveitamento dos recursos naturais pela reciclagem e redução do
conteúdo energético dos produtos e serviços;
5. Rediscussão das relações centro-periferia em setores como transporte e
indústria;
6. Mudança dos padrões de consumo em favor de produtos e serviços que
requerem menor uso de energia.
1.5 – Qualidade de Energia
O uso acelerado da energia elétrica, contraposto à escassez dos recursos
naturais utilizados para sua produção têm determinado a realização de estudos
visando diminuir o desperdício, assim como o desenvolvimento de equipamentos
capazes de proporcionar um rendimento cada vez maior.
Nos sistemas elétricos, cada vez mais são instaladas cargas elétricas não
lineares, registra-se a ocorrência de distúrbios originários de ocorrências externas,
como as descargas atmosféricas, e internas, como defeitos nas cargas ou 12
equipamentos do sistema elétrico, e, pequenas, mas incômodas, perturbações,
como é o caso do “flicker”. Além disso, baixos fatores de potência e desequilíbrios
podem se somar para comprometer a qualidade da energia elétrica.
Quando se trata do desenvolvimento de equipamentos de rendimento
superior, quase invariavelmente isto implica no crescimento de equipamentos com
chaveamento a estado sólido, cuja operação não-linear contribui para ampliar a
injeção de harmônicos na rede elétrica e de correntes reativas. Deve-se procurar
minimizar ambos, tanto para a melhoria da qualidade da energia como para evitar
desperdícios.
O crescimento acelerado e descoordenado da instalação de equipamentos
didáticos e de pesquisa em todos os espaços da universidade têm contribuído para
a redução da qualidade e da confiabilidade de suas instalações. Some-se a isto o
fato de que, na UFRN, concentra-se uma grande quantidade de equipamentos os
mais modernos, geralmente extremamente sensíveis à qualidade da energia que os
alimenta, como, por exemplo, à forma de onda da tensão.
No Campus Universitário da UFRN, onde ocorre a maior concentração de
suas cargas elétricas, foi instalado um sistema de sensoreamento e medição da
energia consumida, que proporciona a possibilidade de monitoração do consumo,
qualidade e perturbações. Com isto, temos uma importante “ferramenta” que está
sendo utilizada como laboratório para testes sobre a qualidade da energia elétrica
no Campus Universitário, cujos resultados propiciarão o estabelecimento de
alternativas para a melhoria da qualidade e minimização do consumo para a própria
UFRN, assim como, gerarão conhecimentos e experiências que repercutirão numa
maior capacitação dos seus professores, técnicos e estudantes para contribuir na
resolução de problemas ocorridos fora do âmbito da instituição.
Com a análise dos resultados e com as alternativas de soluções para os
problemas da qualidade de energia detectados, estar-se, ao mesmo tempo,
contribuindo para a conservação de energia elétrica.
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1.6 - Estruturação do Trabalho
O capítulo 2 apresenta o Sistema CCK Gerenciamento de Energia Elétrica e
Utilidades, nele, serão descritos os objetivos do mesmo e serão relacionados os
equipamentos instalados na UFRN.
O capítulo 3 descreverá alguns dos problemas mais comuns encontrados no
campus central da UFRN.
O capítulo 4 mostra as unidades que apresentaram alguma característica (no
mês de junho de 2003) que as indicam como possivelmente problemáticas em um
e/ou outro aspecto. Mostrará o consumo de energia de 40 unidades da UFRN no
mês de junho, e serão apresentadas soluções para os problemas encontrados.
O capítulo 5 detalha a qualidade da energia do DCA (Departamento de
Engenharia de Computação e Automação) durante o mesmo período tratado no
capítulo 4.
No capítulo 6 são apresentadas as conclusões deste trabalho e as
perspectivas de trabalhos futuros.
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2 - Sistema CCK Gerenciamento de Energia Elétrica e Utilidades
Visando atender as necessidades acadêmicas e administrativas da
instituição, a UFRN adquiriu e implantou ao longo da rede elétrica do seu Campus
Universitário Central, o sistema de monitoramento remoto CCK. Ao mesmo tempo
em que permite monitorar o consumo e a qualidade da energia do campus visando
a tomada de decisões administrativas. O sistema pode ser acessado a partir de um
computador do DCA (Departamento de Engenharia de Computação e Automação),
constituindo-se num excelente laboratório para estudos acadêmicos.
O Sistema CCK permite não só o gerenciamento da utilização de energia
elétrica e utilidades, como também a análise da qualidade do fornecimento,
possibilitando que os responsáveis técnicos disponham de informações de alta
confiabilidade, tanto por processo em tempo real, quanto através de relatórios
analíticos objetivos, a fim de facultar o domínio da “performance” das instalações.
O recurso de elaboração de todos os relatórios e gráficos descritos
anteriormente podem permitir a tomada de providências imediatas visando a
eliminação de perdas motivadas por:
- Inexatidão nas contas de energia(s) e utilidades;
- Demandas contratadas fora dos níveis de operação normal;
- Descontrole nos programas de economia de energia e utilidades;
- Mau aproveitamento das demandas contratadas;
- Cultura do desperdício;
- Descontrole nas medições dos insumos energéticos;
- Verificação da qualidade do nível de energia fornecida quanto a interrupções,
nível de tensão, etc.
2.1 - Objetivos do Sistema a) Monitoração on line de valores médios trifásicos globais e setoriais de demanda e
de fator de potência, assim como de consumos ativos e reativos, todos
perfeitamente sincronizados com a medição da concessionária;
b) Medição e monitoração on line dos valores por fase, medidos nas saídas de baixa
tensão de 11 (onze) transformadores e das 13 (treze) subestações do Campus;
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Os Valores por fase a serem medidos e monitorados on line devem ser:
- tensão;
- corrente;
- energia ativa;
- energia reativa;
- energia aparente;
- fator de potência;
- demanda ativa;
- demanda reativa;
- demanda aparente;
- harmônicas;
- taxas de distorção harmônica;
c) Possibilidade de futuro controle automatizado de demanda e fator de potência
com a atuação sobre cargas não essenciais e bancos de capacitores,
respectivamente;
d) Armazenamento dos dados totalizados por ponto de medição e dos dados da
concessionária por período mínimo de 5 minutos;
e) Apropriação dos custos setoriais e globais de energia elétrica nos pontos
medidos (Baixa tensão dos trafos e subestações), com tarifação de consumo e de
demanda horo-sazonais;
f) Critérios para alarmes em caso de falha de comunicação no sistema de
gerenciamento de energia;
g) Modificações on line de parâmetros de operação do sistema;
h) Emissão de alarmes;
i) Análise da qualidade da energia;
j) Permitir a emissão e a impressão de gráficos e de relatórios;
k) Permitir simulações de eventos;
l) Permitir relatórios em Excel ou DBF ou TXT, etc;
m) Software em ambiente Windows;
n) Dispor de interface DDE para outros aplicativos Windows;
o) Registro de dados históricos.
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2.2 - O Sistema CCK na UFRN/Natal
O objetivo central da instalação do Sistema CCK na UFRN é o
monitoramento do consumo e qualidade de energia elétrica em todo o campus
universitário central da UFRN, análise dos resultados para detectar os casos que
exigem correções, e, propor alternativas que possam vir a solucionar os problemas.
Os 54 pontos de medição, divididos em quatro áreas, instalados na UFRN estão no
anexo I deste trabalho.
Os equipamentos instalados no campus universitário central da UFRN foram:
1 CCK 6000 – Gerenciador de energia;
53 CCK 4500 – Medidor de energia;
3 CCK 700 – Comunicação;
SW CCK PC 6000 – Programa de monitoração em tempo real.
2.2.1 - CCK 6000
Dotado de software residente, pode operar automaticamente,
independentemente de supervisão on line dos microcomputadores de interface. As
funções vitais do módulo são mantidas por até 504 horas por um supercapacitor,
sem problemas de vazamentos e de troca de baterias.
Figura 2.1: CCK 6000
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Esta unidade executa a função de MESTRE do Sistema CCK, que consiste em:
- Coletar e armazenar os dados provenientes das medições da concessionária
de energia elétrica. Os dados coletados são armazenados em intervalos de
tempo sincronizados com estas medições;
- Manter sincronizadas as demais unidades do sistema com a medição da
concessionária;
- Coletar e armazenar dados de medição setorial de energia através de leitura
de transdutores de energia com saída serial RS 485, usando protocolo
MODBUS RTU;
A unidade CCK 6000 dispõe de 32 campos de memória de massa, os quais são
associados aos instrumentos de medição conectados ao CCK 6000. Nestes campos
são armazenados, por 35 dias contínuos, com médias de 5 minutos, em um total de
10.080 intervalos por campo de memória. Na chegada do 36º dia, o primeiro dia é
apagado, sendo sempre mantido na memória da unidade os últimos 35 dias.
Esta unidade apresenta ainda um sistema de alarme para diversos tipos de evento
tais como:
- Tendência de ultrapassagem de demanda;
- Queda acentuada na demanda;
- Fator de potência muito indutivo;
- Fator de potência muito capacitivo;
- Falta de pulso de energia ativa;
- Falta de comunicação serial com o medidor da concessionária;
- Falta de pulso de sincronismo;
- Diferença de sincronismo nos medidores da concessionária;
- Falta do sinal de ponta/f.ponta;
De acordo com a ANEEL, PONTA é um período de 3 h seguidas,
compreendido entre 17:00h e 22:00h dos dias úteis (não engloba SÁBADO e
DOMINGO, mas engloba feriados), onde a energia tem um preço maior que o
restante do dia, que por sua vez, é denominado período FORA DE PONTA. O
horário de ponta da COSERN, concessionária supridora da UFRN, ocorre entre as
17:30h e 20:30h.
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Também de acordo com a ANEEL, RESERVADO é um período
compreendido entre 0:00h e 6:00h do dia, onde estarão sendo observados o Fator
de Potência do consumidor quanto a valores capacitivos e, durante o restante do
dia, quanto a valores indutivos.
Características técnicas:
- 5 portas de comunicação serial que podem ser utilizadas na comunicação
com medidores de energia da concessionária com saída serial para o
consumidor, com instrumentos de medição com protocolo de comunicação
MODBUS RTU.
- 15 entradas de pulsos;
- Buzina para alarmes já incorporada à unidade;
- Relógio calendário também com retenção de bateria para o caso de falha de
energia;
- Teclado de 6 teclas e display de cristal líquido com 2 linhas, 16 caracteres,
que permite alterações nas configurações no próprio equipamento;
- Alimentação 110/220 VAC automática.
2.2.2 - CCK 4500
A unidade CCK 4500 é um instrumento de medição para montagem em fundo
de painel que dispõe de funções implementadas através da utilização de um
microprocessador.
Já com memória de massa incorporada, a unidade CCK 4500 é um
multimedidor com características de analisador que substitui diversos equipamentos
de medição (V, A, W, VAr, PF, f, etc.), capaz de medir e calcular todos os
parâmetros elétricos de um sistema trifásico com 3 ou 4 fios, fornecendo parâmetros
processados como Wh, VArh, potências médias e distorção harmônica total (D).
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Figura 2.2: CCK 4500
Finalidade: medição setorial, controle automatizado de fator de potência e de
demanda e apropriação de custos de energia elétrica, em perfeito sincronismo com
a medição da concessionária.
Os módulos permitem também o gerenciamento da qualidade da energia
recebida da concessionária, das quedas de tensão internas, dos
desbalanceamentos entre fases, etc.
O CCK 4500 executa a medição das seguintes grandezas:
Grandeza FASE 1 FASE 2 FASE 3 3 φ Volt • • • • Ampére • • • • VA • • • • Watt (Demanda) • • • • Watt hora Total, Ponta e F.Ponta • Watt hora Reservado • Var • • • • VAr hora Total, Indutivo, Capacitivo e Reservado • VAr requerida para correção do Fator de Potência • Fator de Potência • • • D – Ampére • • • D – Volt • • • V Máx com data e hora de ocorrência • • • V Min com data e hora de ocorrência • • • I Máx com data e hora de ocorrência • • • Frequência • Data e Hora • Posto horário (Ponta, F.ponta e reservado) •
Tabela 2.1: Tabela Sumária de Medições [12]
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Valores trifásicos medidos : - energia ativa;
- energia reativa;
Valores por fase medidos e monitorados on line : - tensão;
- corrente;
- energia ativa;
- energia reativa;
- energia aparente;
- fator de potência;
- demanda ativa;
- demanda reativa;
- demanda aparente;
- harmônicos;
- taxas de distorção harmônica;
A unidade CCK 4500 dispõe de memória de massa de 35 dias contínuos,
separados em intervalos de 5 minutos para energia ativa, reativa e tensão média
das fases. Na chegada do 36º dia, os valores do primeiro dia são apagados e ficam
na memória os dos últimos 35 dias.
Estes dados, quando transferidos para o microcomputador através da
comunicação serial pelo programa Sistema CCK, podem também ser
disponibilizados em arquivos compatíveis com EXCEL, LOTUS, etc..
Além da memória de massa para dados de medição, a unidade CCK 4500
dispõe de uma memória de análise, onde todas as grandezas elétricas são
armazenadas por fase, possibilitando a obtenção, no programa SW CCK ANÁLISE,
de relatórios de análise da qualidade de energia.
As tabelas a seguir apresentam as grandezas armazenadas e o tempo de
duração da memória de análise de acordo com o intervalo de integração
programado:
21
GRANDEZA UNIDADE DESCRIÇÃO V1, V2, V3 Volt Tensão das fases 1, 2 e 3
I1, I2, I3 Ampére Corrente das fases 1, 2 e 3 W1, W2, W3 W Potência ativa das fases 1, 2 e 3
VAr1, VaR2, VAr3 VAr Potência reativa das fases 1, 2 e 3 F Hz Frequência
D-V1, D-V2, D-V3 % Distorção harmônica de Tensão das fases 1, 2 e 3
D-I1, D-I2, D-I3 % Distorção harmônica de Corrente das fases 1, 2 e 3
Tabela 2.2 [12]
INTERVALO DE INTEGRAÇÃO DE MEDIÇÃO
TEMPO DE ARMAZENAMENTO DOS DADOS NA MEMÓRIA
1 segundo 48 minutos 5 segundos 4 horas
10 segundos 8 horas 15 segundos 12 horas 20 segundos 16 horas 30 segundos 1 dia
1 minuto 2 dias 2 minutos 4 dias 5 minutos 10 dias 10 minutos 20 dias 15 minutos 30 dias 30 minutos 60 dias
1 hora 120 dias Tabela 2.3 [12]
Característica: medidores inteligentes com programação alterável em teclado
próprio ou a partir do microcomputador de interface que permitem armazenamento
de massa de 35 dias para energia ativa, reativa e tensão média em intervalos de 5
minutos e memória de análise de 2880 intervalos de amostragem com duração
programável de 1 Seg. até uma hora (tabelas 2.2 e 2.3).
2.2.3 - Comunicação Através do CCK 700
Nesta arquitetura os equipamentos CCK (CCK 4500 e CCK 6000) são
interligados através de par trançado blindado e estes equipamentos estão
conectados ao CCK 700 que, por sua vez, está conectado à rede corporativa da
UFRN (rede de comunicação de dados por fibra óptica).
22
2.2.4 - SW CCK PC 6000
Programa aplicativo que permite a operação do SISTEMA CCK com funções
de programação das unidades CCK, coleta e processamento dos dados, com
medição de grandezas elétricas, assim como a elaboração de relatórios analíticos,
em vídeo, disco e impressora.
O SISTEMA CCK, em sua parte de software, é composto por um conjunto de
programas para microcomputadores do tipo PC ou compatível, disponíveis na
versão WINDOWS 95/98/NT que irão permitir a execução de funções como
programação dos equipamentos CCK, coleta e processamento dos dados
armazenados, geração de telas de monitoração e atualização de sinóticos em
tempo real, com medição de grandezas elétricas, assim como a elaboração de
relatórios analíticos, em vídeo, disco e impressora.
Os diversos programas que compõem o SISTEMA CCK possuem funções
definidas, todas protegidas por senha, dependendo do nível de acesso, entre as
quais se pode relacionar:
- Comunicação;
- Leitura de dados;
- Monitoração;
- Emissão de alarmes relacionados à ocorrência de eventos programados
pelo usuário;
- Emissão de relatório e gráficos relativos à qualidade de energia elétrica;
- Emissão de relatórios e gráficos relativos ao uso de insumos;
- Etc;
A estratégia de possuir diversos programas para diferentes funções agrega
ao sistema uma grande agilidade não só na manutenção destes programas, como
também na implementação, pelo fabricante, de novas funções.
O SISTEMA CCK pode ser caracterizado na sua operação da seguinte forma:
AQUISIÇÃO DE DADOS: é realizada por equipamentos CCK (CCK 4500 e CCK
6000) instalados no campo, sendo que todos possuem uma memória de massa de 23
35 dias divididas em intervalos de médias integradas de 5 minutos. Na chegada do
36º dia o primeiro dia á apagado, sendo mantido na memória do equipamento os
últimos 35 dias de registro de dados;
COMUNICAÇÃO: Todos os equipamentos integrados ao SISTEMA CCK estão
interligados a microcomputadores (um do DCA e outro do ETA) e, através de
comunicação serial de dados é possível a comunicação dos programas integrantes
do SISTEMA CCK com os equipamentos integrantes do SISTEMA CCK.
LEITURA DE DADOS: consiste na transferência, através de comunicação serial de
dados, das diversas memórias de massa dos equipamentos integrados ao
SISTEMA CCK para os microcomputadores utilizados na operação do SISTEMA
CCK. Os dados transferidos são armazenados no microcomputador na forma de um
banco de dados.
GERENCIAMENTO: a partir do banco de dados gerado, o SISTEMA CCK irá emitir
gráficos e relatórios analíticos de utilização de energia e utilidades;
MONITORAÇÃO: permite que ao usuário monitoração em tempo real, a partir de
um
microcomputador ou, simultaneamente de diversos microcomputadores (opção
disponível quando utilizada comunicação em TCP/IP) das diversas grandezas que
estão sendo aquisitadas pelos equipamentos integrantes do SISTEMA CCK. Esta
monitoração poderá ser realizada através de telas específicas disponíveis no
programa SW CCK NAV (parte integrante do SISTEMA CCK).
ALARMES: faculta ao usuário a programação de valores para as diversas
grandezas medidas que, uma vez ultrapassados, irão gerar na tela do
microcomputador um alarme referente a esta grandeza e, simultaneamente o
registro em arquivo da data e hora de ocorrência deste evento.
Estas funções estão sumarizadas na tela principal do SISTEMA CCK, onde os
diversos programas integrantes do SISTEMA CCK estão separados por função:
24
Figura 2.3
A função PROGRAMAÇÃO permite a parametrização dos diversos
equipamentos CCK para a aquisição de dados.
2.2.4.1 – COMUNICAÇÃO
Através desta função é realizada comunicação serial de dados entre o
microcomputador e as unidades CCK, permitindo ainda que, para cada um dos
equipamentos seja parametrizada a forma de comunicação (protocolo, velocidade,
etc), onde pode-se ressaltar os seguintes protocolos:
- CCK (protocolo proprietário da CCK AUTOMAÇÃO);
- MODBUS;
- TCP/IP;
A seguir apresenta-se uma tela típica de operação do módulo de COMUNICAÇÃO:
25
Figura 2.4
2.2.4.2 - LEITURA DE DADOS Consiste na transferência dos dados armazenados nos equipamentos CCK
para o microcomputador e gravação destes dados na forma de banco de dados. Na
sua versão atual, o SISTEMA CCK permite que este banco de dados possa a ser
utilizado por outros aplicativos que não façam parte do SISTEMA CCK (ex: EXCEL);
A leitura de dados pode ser realizada de forma automática (sem a
interferência do usuário) ou, de forma manual, caso em que o próprio usuário
comanda a execução desta função.
2.2.4.3 – GERENCIAMENTO
A partir do banco de dados gerado na função LEITURA, o SISTEMA CCK
emite uma série de gráficos e relatórios analíticos de utilização de energia (ex:
gráficos utilização de demanda e consumo de energia elétrica, fator de potência, de
qualidade de energia com registros de afundamento de tensão na ordem de ½
ciclo).
Na figura 2.5 é apresentado um dos gráficos disponíveis no SISTEMA CCK,
através do qual procura-se demonstrar a simplicidade de operação desta função.
Através de um clique na raíz apresentada ao usuário no lado direito desta
tela, o usuário seleciona qual a medição de interesse, se deseja obter um gráfico e,
na parte da tela onde está o gráfico, através das orelhas de opções, o usuário 26
seleciona qual a grandeza deverá ser apresentada. Na parte inferior da tela, o
usuário poderá estabelecer uma escala, o tipo de resolução ( 5 ou 15 minutos), o dia
em um período de um ano que se deseja visualizar, etc.
Figura 2.5
RATEIO
Esta função faculta ao usuário a execução das seguintes operações:
- Emissão de uma conta de energia para ser comparada com a conta de
energia emitida pela concessionária de energia elétrica;
- Emissão parcial ou projeção da conta de energia elétrica;
- Análise técnico financeira de utilização de energia elétrica, com verificação e
análise dos níveis de demanda contratada para o período de ponta e fora de
ponta;
- Criação de até 100 centros de custos para o rateio da conta global de energia
elétrica, sendo que estes centros de custos poderão ser formados por pontos
ou combinações de pontos cuja medição de energia está sendo realizada
pelo SISTEMA CCK 6000;
- Qualificação dos centros de custo em até 10 tipos de consumidores;
27
- Emissão de gráficos tipo torta ou barra onde são apresentados a utilização de
energia por qualificação de centro de custo;
- Emissão de gráficos de demanda por centro de custo;
- Formação de um banco de dados formado pelas contas e rateios de contas
de energia já emitidos pelo SISTEMA CCK;
2.2.4.4 - MONITORAÇÃO
Nesta função, é facultado ao usuário do SISTEMA CCK a monitoração em
tempo real de todas as grandezas que estão sendo medidas pelo sistema.
Esta função, como exemplificada na tela de monitoração de demanda global
de energia apresentada a seguir, permite, da mesma forma que a na apresentação
dos gráficos, que o usuário selecione a grandeza a ser visualizada através da raíz
de medições disponíveis no SISTEMA CCK apresentada no lado direito da tela:
Figura 2.6
A cada vez que uma nova medição é incorporada ao SISTEMA CCK,
automaticamente esta nova grandeza será acrescida à raiz de medições.
28
A mesma regra é valida para o acréscimo de novos equipamentos ao
sistema, quando a medida em que estes equipamentos vão sendo instalados e
configurados no sistema, estes vão sendo apresentados na raiz de medição.
ALARMES
O SISTEMA CCK permite ainda ao usuário a geração de alarmes no
microcomputador quando na verificação de ocorrências pré programadas. Na tela
exemplificada na figura 2.7, demonstra a forma como estes alarmes são
apresentados ao usuário.
Ao usuário é facultado ainda a programação de:
- Emissão de alarme sonoro (com possibilidade de seleção do tipo de som);
- Cessão do alarme após o reconhecimento por um operador, sendo que este
reconhecimento poderá ser com senha;
Paralelamente à emissão de alarmes, o SISTEMA CCK mantém um arquivo com
o registro da ocorrência dos alarmes com data e hora de ocorrência, se os alarmes
foram reconhecidos ou não.
Figura 2.7
29
3 – Problemas com Qualidade da Energia Antes de apresentar os problemas encontrados na Medição Central do
Campus serão descritos alguns desses problemas nos próximos subitens.
3.1 - Desequilíbrios
Conceituação do Fenômeno
As tensões ou correntes trifásicas são equilibradas quando apresentam
módulos iguais nas três fases e estão defasadas de 120 graus entre si.
As cargas que não estão igualmente distribuídas nas três fases (tanto a
potência ativa como a reativa) absorvem correntes desequilibradas, que podem
acarretar problemas para o restante do sistema elétrico, uma vez que essas
correntes desequilibradas provocam o aparecimento de tensões desequilibradas.
Entre as cargas de grande porte que podem causar desequilíbrios de tensão
no sistema, destacam-se as máquinas de solda e os fornos de indução
monofásicos, bem como as ferrovias eletrificadas. Os condicionadores de ar são
grandes fontes de desequilíbrio de corrente.
Os desequilíbrios de tensão e corrente no sistema causam prejuízos ao
funcionamento de equipamentos tanto da concessionária como dos consumidores.
As correntes desequilibradas nas fases de um gerador provocam o
aparecimento de um campo girante também desequilibrado, que pode ser
considerado como a superposição de um campo de seqüência positiva, que gira no
mesmo sentido e com velocidade igual a do rotor, e um campo de sequência
negativa, que gira com essa mesma velocidade, porém em sentido contrário. Esse
campo inverso é responsável pela circulação de correntes de frequência dupla no
rotor, que ficam confinadas próximo à sua superfície, onde as resistências são
relativamente altas, o que pode provocar sobreaquecimento do gerador.
As tensões desequilibradas têm influência significativa nos motores de
indução. Esses motores, que são os mais difundidos nos sistema elétrico, têm
30
impedâncias de seqüência negativa muito baixas, de tal forma que um pequeno
desequilíbrio de tensão pode originar um desequilíbrio muito grande de corrente.
Uma outra conseqüência do desequilíbrio de tensão está relacionada ao
funcionamento dos conversores estáticos. Se as tensões estão desequilibradas, as
válvulas tiristorizadas não são disparadas a iguais intervalos de tempo. Com isso,
harmônicos não característicos são gerados e pode acontecer dessas correntes
harmônicas provocarem oscilações e instabilidade no sistema de controle dos
conversores.
Um conjunto trifásico de tensões equilibradas possui apenas componentes de
seqüência positiva. O surgimento, por alguma razão, de componentes de seqüência
zero, provoca apenas a assimetria das tensões de fase. As tensões de linha, cujas
componentes de seqüência zero são sempre nulas, permanecem equilibradas. Por
outro lado, a presença de componentes de seqüência negativa introduz uma
assimetria também nas tensões de linha.
Vale lembrar que pequenos consumidores, com cargas monofásicas e mau
distribuídas, podem causar desequilíbrios. Ex.: lâmpadas, computadores, chuveiros
elétricos, tomadas para ligar eletrodomésticos, etc.
Definições e Conceitos Básicos
Fator de desequilíbrio de tensão(K) – relação entre as componentes de
seqüência negativa (V2) e positiva (V1) da tensão, expressa em porcentagem da
componente de seqüência positiva.
K = (V2/V1)*100
Nível de compatibilidade – valor de desequilíbrio de tensão especificado para o
sistema e que assegura a operação correta para a maioria dos dispositivos ou
equipamentos elétricos conectados a esse sistema.
Limites globais – valores máximos de desequilíbrio de tensão em qualquer barra do
sistema, provocados pela operação conjunta de todos os consumidores. Servem
31
como uma garantia da qualidade da tensão fornecida aos consumidores e devem
ser entendidos como os níveis de compatibilidade do sistema.
Limites por consumidor – valores máximos admissíveis de desequilíbrio de tensão
provocados por um único consumidor.
Ponto de entrega – ponto de conexão (Ponto de Acoplamento Comum, PAC) entre o
sistema elétrico da concessionária e as instalações de utilização de energia do
consumidor (portaria DNAEE 222, 22/12/87).
Responsabilidades
O controle dos desequilíbrios de tensão nos sistemas elétricos é de interesse
de todas as partes envolvidas. Para permitir uma convivência entre equipamentos
causadores e equipamentos susceptíveis aos desequilíbrios de tensão é necessário
que seja convencionado um nível de compatibilidade, com base na experiência
adquirida, e que sejam bem definidas, a partir daí, as responsabilidades das partes
envolvidas.
Essas regras devem nortear o relacionamento entre consumidores e
concessionárias desde o pedido de ligação de uma nova carga com características
especiais. Para esse efeito é conveniente que se estabeleça que a ampliação de um
consumidor, em conjunto com a instalação existente, deva ser tratada da mesma
forma que uma nova carga, ou seja:
(AMPLIAÇÃO + EXISTENTE = CARGA NOVA)
A seguir são detalhadas as responsabilidades inerentes a cada uma das
partes envolvidas:
- as concessionárias de energia elétrica;
- os consumidores com cargas especiais;
- os consumidores em geral;
- os fabricantes de equipamentos causadores dos desequilíbrios de tensão e
os fabricantes de equipamentos sensíveis a eles.
32
As concessionárias de energia elétrica são responsáveis por:
- Fornecer os dados sobre seu sistema elétrico necessários aos estudos de
desequilíbrios de tensão do consumidor, para os anos considerados na
análise;
- Analisar e aprovar a conexão de novos consumidores com base nas
características da carga especial e nos projetos de medidas mitigadoras
apresentados pelo consumidor;
- Verificar se a conexão de uma nova carga especial causará transtornos a
consumidores existentes e tomar providências no sentido de evitá-los;
- Aplicar os critérios de desequilíbrio de tensão no ponto de entrega aos novos
consumidores;
- Preservar os interesses das concessionárias interligadas ou supridoras para
que os seus sistemas elétricos não venham a sofrer transtornos quando da
conexão de cargas desequilibradas no seu sistema;
- Monitorar e garantir um nível aceitável de desequilíbrio de tensão no seu
sistema elétrico (nível de compatibilidade);
- Arcar com medidas mitigadoras caso o consumidor atenda os critérios
estabelecidos pela concessionária e o sistema elétrico venha a sofrer
modificações não previstas;
- Arcar com medidas mitigadoras para a manutenção dos desequilíbrios de
tensão dentro de limites aceitáveis, quando for de sua responsabilidade;
- Exigir do consumidor, sempre que julgar necessário, a comprovação de que
as correntes desequilibradas absorvidas do sistema estão de acordo com as
fornecidas na fase de projeto e que os equipamentos de mitigação
encontram-se em operação e dentro das especificações.
Os consumidores com cargas especiais são responsáveis por:
- Atender aos critérios aplicados pela concessionária;
- Fornecer os dados a respeito da carga, solicitados pela concessionária;
- Estudar e projetar equipamentos de mitigação necessários;
33
- Submeter tais projetos à apreciação da concessionária;
- Atender as alterações de projeto propostas pela concessionária no intuito de
compatibilizar a sua conexão com os interesses de outros consumidores já
existentes;
- Manter seus equipamentos de mitigação em bom estado de funcionamento,
preservando as características de projeto;
- Comprovar, sempre que solicitado, o atendimento aos dados de projeto;
- Facultar à concessionária o acompanhamento dessa comprovação.
Os consumidores em geral são responsáveis por:
- Especificar todos os seus equipamentos de forma coerente com o nível de
compatibilidade convencionado.
Os fabricantes em geral, tanto de equipamentos industriais como equipamentos eletro-eletrônicos, são responsáveis por:
- Desenvolver equipamentos com susceptibilidade coerente com o nível de
compatibilidade convencionado.
LIMITES
Os limites aqui estabelecidos são aplicáveis à conexão de consumidores com
cargas desequilibradas a redes de transmissão ou subtransmissão (com tensões
iguais ou superiores a 13.8KV).
Limite global de desequilíbrio de tensão
Para qualquer ponto do sistema, o fator de desequilíbrio de tensão provocado
pela operação conjunta de todos os consumidores deve ser menor ou igual a 2%.
34
Limite de desequilíbrio de tensão por consumidor
O fator de desequilíbrio de tensão provocado por um único consumidor não
deve ultrapassar 1.5%.
Limite de desequilíbrio de corrente
O limite de desequilíbrio de corrente é determinado pelos geradores. Cada
caso deve ser analisado em particular, devendo a corrente de seqüência negativa
ser limitada aos valores recomendados pelos fabricantes.
Neste trabalho foi estabelecido um desequilíbrio de corrente quando houver
diferenças de corrente maiores que 10% da média das correntes((I1+I2+I3)/3) das 3
fases, que se trata de uma diferença bastante grande comparado com os
recomendados, com isso foram detectadas as unidades com maior desequilíbrio.
Deve-se ressaltar, no entanto, que os limites de desequilíbrio de tensão são
normalmente alcançados primeiro, não havendo, na maioria dos casos, maiores
problemas quanto aos limites de desequilíbrio de corrente nos geradores.
3.2 – Harmônicos
Conceituação do Fenômeno
A presença de cargas não-lineares no sistema elétrico causa distorções nas
formas de onda da tensão e da corrente. Essas distorções podem ser interpretadas
pela presença de componentes harmônicos (e em alguns casos não-harmônicos)
nas ondas de tensão e corrente.
As distorções harmônicas podem ser causadas tanto por elementos do
sistema elétrico como por equipamentos de consumidores. Como exemplo de
elementos do sistema elétrico, pode-se citar: 35
- Compensadores estáticos;
- Geradores e compensadores síncronos (em menor escala);
- Conversoras CCAT;
- Transformadores (em condições de saturação).
Como exemplo de equipamentos de consumidores de média e alta tensão,
destacam-se:
- Retificadores industriais;
- Fornos a arco e de indução;
- Acionamento de motores de corrente contínua;
- Sistemas de tração elétrica (ferrovias e metrôs);
- Compensadores estáticos.
As distorções harmônicas provocadas por uma carga instalada na alta tensão
geralmente se refletem sem atenuação significativa nos sistemas de tensões
inferiores. Por outro lado, as distorções causadas por uma carga instalada na baixa
tensão repercutem de forma sensivelmente atenuada sobre os sistemas de tensões
superiores. Portanto, os valores percentuais das tensões harmônicas tendem a ser
maiores nos níveis de tensões mais baixos. Daí porque, a detecção de um
harmônico na baixa tensão na garante que ele é o oriundo das cargas, pois pode vir
de outros consumidores da rede da concessionária.
Diante da operação simultânea de diferentes equipamentos causadores de
distorções harmônicas bem como devido à forma aleatória de sua composição,
pode-se ter uma idéia da complexidade do problema. Essa complexidade é
agravada pelo fato de que as correntes harmônicas, ao contrário de outras
perturbações, ao se propagarem pela rede elétrica podem sofrer ampliação devido
as possíveis ressonâncias entre as indutâncias e capacitâncias existentes no
sistema.
A limitação das distorções harmônicas é necessária tanto do ponto de vista das
concessionárias como dos consumidores. A concessionária deve impor limites de
forma a proteger os consumidores (tanto os causadores de distorções como os
demais) contra danos ou perdas adicionais em seus equipamentos. Por outro lado,
ela não pode garantir uma tensão de fornecimento completamente livre de
36
distorções. Desse modo, os consumidores com cargas especiais devem manter as
distorções causadas por seus equipamentos dentro dos limites estabelecidos e, ao
mesmo tempo, compatibilizar os seus equipamentos susceptíveis com os limites
globais de distorção.
LIMITES
Os limites aqui estabelecidos são aplicáveis à conexão de consumidores
causadores de distorção harmônica a redes de transmissão e subtransmissão, bem
como aos equipamentos especiais das próprias concessionárias.
Esses limites não devem ser aplicados a fenômenos transitórios que resultem
em injeção de correntes harmônicas, como ocorre na energização de
transformadores.
Limites de Tensão
A tabela 3.1 apresenta os limites globais para as tensões harmônicas
individuais e para a distorções harmônicas total (D). Esses limites devem ser
entendidos como níveis de compatibilidade e não devem ser excedidos em nenhum
ponto do sistema elétrico.
V < 69 KV V >= 69 KV
Ímpares Pares Ímpares Pares ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) 3, 5, 7 5% 3, 5, 7 2%
9,11,13 3% 2, 4, 6 2%
9,11,13 1,5% 2, 4, 6 1%
15 a 25 2% 15 a 25 1% >= 27 1%
>= 6 1% >= 27 0,5%
>= 6 0,5%
D = 6% D = 3% Tabela 3.1- Limites globais de tensão expressos em porcentagem da
tensão fundamental Fonte: “Critérios e Metodologias para o atendimento a consumidores
com cargas Especiais” – Rel. SCEL/GTEE 1984.
A tabela 3.2 apresenta os limites por consumidor para as tensões harmônicas
individuais e para a distorção harmônica total D. Esses limites devem ser aplicados 37
no ponto de entrega como parte dos critérios de conexão.
Os limites por consumidor foram determinados a partir dos limites globais,
considerando-se a existência de um nível de saturação igual a 70% dos limites
globais e levando-se em conta que as tensões harmônicas de ordem h provenientes
de diferentes fontes se adicionam vetorialmente.
V < 69 kV V >= 69 kV
Ímpares Pares Ímpares Pares ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) 3 a 25 1,5% 3 a 25 0,6% >= 27 0,7%
Todos 0,6% >= 27 0,4%
todos 0,3%
D = 3% D = 1,5% Tabela 3.2 - Limites de tensão por consumidor expressos em
porcentagem da tensão fundamental Fonte: “Critérios e Metodologias para o atendimento a consumidores
com cargas Especiais” – Rel. SCEL/GTEE 1984.
Limites de corrente
A conexão de uma carga não-linear está condicionada também ao
atendimento aos limites de correntes harmônicas injetadas no ponto de entrega.
Esses limites de corrente devem ser estabelecidos pela concessionária, com
base em estudos de penetração de harmônicos em sua rede, de forma a evitar que
os limites de tensão por consumidor sejam excedidos nos demais pontos do
sistema, e não apenas no ponto de entrega.
A tabela 3.3 mostra os limites de distorção harmônica de corrente baseado no
tamanho da carga e ao tamanho do sistema de energia em que a carga está
conectada. A relação Isc/IL, é a relação de curto-circuito da corrente disponível no
ponto do acoplamento comum(PAC), para a máxima corrente fundamental da carga. V < 69KV
Isc/IL h<11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h D <20* 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0
20<50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 >1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
Tabela 3.3: Limites de Distorção Harmônica de Corrente, [14]. *todo o equipamento da geração de energia é limitado a estes valores de distorção.
38
Onde: Isc = corrente máxima de curto-circuito no PAC. IL = corrente máxima da carga de demanda (componente da freqüência fundamental) no PAC. D = distorção total da demanda (RSS), distorção harmônica de corrente em % da corrente máxima da carga da demanda(15 ou 30 minutos de demanda). Estes limites não foram aplicados neste trabalho por não se ter informações
de compatibilidade do diagrama de medições do sistema CCK com o diagrama
elétrico da UFRN assim como dos níveis de curto-circuito em todos os barramentos
onde há medição.
Apesar disto no capítulo 4 é citado um exemplo explícito do caso de distorção
harmônica de corrente do Centro de Tecnologia e no capítulo 5 do DCA.
39
4 – Análise Preliminar da Qualidade e Consumo de Energia das Unidades da UFRN (que Possuem o Sistema CCK Instalado) Aqui serão apresentas algumas características problemáticas detectadas em
algumas unidades da UFRN. Serão descritos os problemas encontrados e onde
foram detectados. Ilustrações serão feitas com imagens obtidas do programa SW
CCK PC 6000 descrito no capítulo 2. Também será mostrado um quadro de
consumo de energia de 40 unidades da UFRN.
4.1 – Desequilíbrio nas Tensões por Fase Algumas unidades apresentaram desequilíbrio de tensão por fase, o que causa o problema de desequilíbrio descrito no capítulo 3. Dentre as unidades que apresentaram este tipo de problema estão:
- CCET; - CCHLA; - DIMAP; - Laboratório de Física.
A seguir temos o exemplo de desequilíbrio de tensão por fase do DIMAP:
Figura 4.1: Diferença de Tensão por Fase do DIMAP
A figura 4.1 apresenta as tensões do DIMAP no período de 20/06/2003 até
27/06/2003 a cada 15 minutos. Esta unidade foi a que apresentou o pior caso neste
aspecto. Observe-se que as tensões desta unidade estão sempre em desequilíbrio. 40
Para encontrar as componentes de seqüência negativa (V2) e positiva (V1) de
tensão, descritas no capítulo 3, foi utilizada a transformação de Fortescue:
V1 1 α α2 Va
V2 1 α2 α Vb
V0
= 1/3
1 1 1
Vc
Onde α = -1/2 + j(3)-1/2/2 e α2 = -1/2 - j(3)-1/2/2.
No exemplo da figura 4.1 temos que as tensões Va, Vb e Vc são:
Va = 117,09;
Vb = 127,48*(cos(-120º) + j*sen(-120º));
Vc = 133,3*(cos(120º) + j*sen(120º)).
Fazendo-se os cálculos com a fórmula acima encontramos os valores em
módulo de: V1 = 125,956; V2 = 4,741 e V0 = 4,741.
Observe-se que V2/ V1 = 3,76% está maior que o limite máximo determinado
pela norma descrita no capítulo 3 que é de 1,5%.
As tensões deste ponto do DIMAP estão em torno de 120V, por ser o ponto
que alimenta os laboratórios de computadores, que trabalham com este nível de
tensão.
As outras unidades ficaram com diferença de tensão em dias/horários
variados, não sendo uma constante como no caso do DIMAP.
No Laboratório de Física foi encontrado, no mês de abril, um grave
desequilíbrio de tensão. Os dados verificados foram encaminhados à
Superintendência de Infraestrutura e o problema foi solucionado.
4.2 – Desequilíbrios de Correntes por Fase
41
Algumas unidades apresentaram desequilíbrios de correntes por fase, que
causam problemas de desequilíbrio descritos no capítulo 3. As unidades que
apresentaram este tipo de problema foram:
- Anfiteatro do CCET;
- CCET;
- CCHLA;
- DCA;
- DIMAP;
- Laboratório de Física;
Abaixo temos um exemplo de desequilíbrio de corrente por fase do Anfiteatro e
CCET:
Figura 4.2: Desequilíbrio de Corrente por Fase do Anfiteatro do CCET
Figura 4.3: Desequilíbrio de Corrente por Fase do CCET
42
A figura 4.2 apresenta as correntes do Anfiteatro do CCET no período de
14/05/2003 até 13/06/2003 a cada 15 minutos. Esta unidade apresentou o pior caso
neste aspecto, as correntes desta unidade estão sempre em desequilíbrio. No dia
01/06/2003 às 22:00h as correntes eram as seguintes: Ia= 46,14A ; Ib = 22,42A e Ic =
16,22A. Obtendo-se a média de 28,26A. Os valores das três fases deveriam estar
entre 25,44A e 31,08A (10% para mais ou para menos da média). O que não ocorre
com nenhuma das fases.
As outras unidades apresentaram desequilíbrio de corrente em horários/dias
variados, como é o caso do CCET representado na figura 4.3, não sendo uma
constante como no caso do Anfiteatro do CCET.
As unidades aqui descritas estão com limite superior a 10% de desequilíbrio de
corrente descrito no item “Limite de Desequilíbrio de Corrente” do capítulo anterior.
Foi detectado, no mês de abril, no Laboratório de Geologia, um grave
desequilíbrio de corrente. No mês do estudo (junho), perdeu-se o contato com este
ponto de medição e não foi possível confirmar se o problema estava mantido ou
corrigido.
4.3 – Distorção Harmônica de Tensão Apenas duas unidades apresentaram problema com distorção harmônica de
tensão:
- Administração – outros;
- DIMAP;
A figura 4.4 fornece o gráfico de distorção harmônica de tensão do DIMAP no
período de 20/06/2003 à 27/06/2003 a cada 15 minutos.
43
Figura 4.4: Distorção Harmônica de Tensão do DIMAP
Observa-se que a distorção harmônica de tensão do DIMAP está sempre acima
das normas descritas no capítulo 3. A norma determina que a distorção harmônica
de tensão total fique abaixo de 3%.
4.4 – Distorção Harmônica de Corrente Conforme descrito no capítulo 3 não foi feito um estudo mais detalhado das
unidades com relação a distorção harmônica de corrente por não se ter informações
de compatibilidade do diagrama de medições do sistema CCK com o diagrama
elétrico da UFRN nem dos níveis de curto-circuito em todos os barramentos onde há
medição.
Mas, na figura 4.5 temos um caso explícito de distorção harmônica de
corrente registrado no Centro de Tecnologia no dia 24/07/2003 às 10:00h.
44
Figura 4.5: Distorção Harmônica de corrente do CT Apesar de que o sistema CCK instalado não fornece os valores de amplitudes
individuais de cada componente harmônico, apenas por este gráfico de espectro de
corrente, percebe-se que a terceira harmônica está com uma distorção próxima a
10%, o que representa um valor alto em relação as normas técnicas.
O Laboratório de Geologia apresentou na sua terceira harmônica uma
distorção harmônica de corrente próxima aos 10%. O caso do DCA será descrito no
capítulo 5.
4.5 – Fator de Potência
As unidades que apresentaram problema com o fator de potência foram:
- Anfiteatro; - CCHLA II; - Biociências; - CCET; - Centro de Convivência I; - Centro de Convivência II; - CCSA I; - CCSA II; - COMPERVE; - Cooperativa; - DCA; - Editora; - LARHISA; - Núcleo Tecnológico I; - Piscinas; - Reitoria I; - Reitoria II; - Setor de Aulas II;
45- Setor de Aulas III;
- Setor de Aulas IV; - TV Universitária.
As unidades acima relacionadas apresentaram fator de potência abaixo do
que determina as normas técnicas, ou seja, um fator de potência abaixo de 0,92.
Abaixo segue os gráficos de fator de potência da TV Universitária e do Setor de
Aulas IV.
Figura 4.6 – Fator de Potência por Fase da TV Universitária
Na figura 4.6 o fator de potência da TV Universitária fica abaixo de 0,92 na
maior parte do período.
Figura 4.7 – Fator de Potência por Fase do Setor de Aulas IV O setor de Aulas IV apresentou um dos piores casos, também apresentando
o fator de potência, na maior parte do tempo, abaixo de 0,92. 46
4.6 – Consumo de Energia de Algumas Unidades da UFRN A tabela 4.1 apresenta o consumo de energia de apenas 40 unidades, do
total de 53, da UFRN que estavam com o equipamento CCK 4500 instalado no mês
de junho. A tabela está em ordem decrescente de consumo de energia para que se
possa melhor visualizar os maiores e menores consumidores de energia da UFRN. Unidade Consumo(MWh) Consumo na UFRN(%) CCET 54,33 8,6995 C. Convivência 01 45,39 7,2680 C. Convivência 02 44,87 7,1847 Biociências 01 39,28 6,2896 CCHLA 02 31,31 5,0135 Lab Física 01 30,2 4,8357 Anfiteatro III/IV 01 28,27 4,5267 Anfiteatro III/IV 02 27,8 4,4514 CCSA 02 27,6 4,4194 CCSA 01 27,45 4,3954 Núcleo Tecnológico 01 23,96 3,7457 Reitoria 02 22,14 3,5451 TV Universitária 22,13 3,5435 Reitoria 01 21,26 3,4042 Escola de Música 18,6 2,9783 NUPLAN 16,41 2,6276 CT 16,1 2,5780 Setor de aulas II 13,02 2,0848 Setor de aulas III 12,57 2,0127 Piscinas 12,25 1,9615 CCHLA Nova 10,23 1,6381 LECA 9,94 1,5916 Setor de aulas IV 9,68 1,5500 Cooperativa 9,53 1,5260 Banespa 8,81 1,4107 Anfiteatro 8,56 1,3707 Banco do Brasil 7,57 1,2121 POP 6,56 1,0504 Caixa Econômica 6,08 0,9735 Ginásio 5,85 0,9367 DIMAP 3,47 0,5556 Restaurante APURN 3,24 0,5188 Central Telefônica 2,85 0,4564 LARHISA 2,48 0,3971 CAURN 2,42 0,3875 COMPERVE 2,29 0,3667 NEI 2,13 0,3411 Editora 1,36 0,2178 Correios 0,9 0,1441 Ginasinho 0,78 0,1249
Total 624,52
Campus UFRN 924,38 Tabela 4.1
47
Por esta tabela de consumo de energia, comparações grosseiras entre unidades
foram feitas, as quais sugerem que pode existir problemas a serem resolvidos.
Alguns exemplos:
- Os Correios consumindo o equivalente a 42% do NEI;
- O Banespa consumindo o equivalente a 88,6% do DCA;
- CAURN consumindo quase o mesmo que o LARHISA.
Estes dados necessitam de mais estudos para termos explicações para estes
fatos, para depois projetar metas mensais de consumo de energia para cada
unidade da UFRN e discutir estratégias de rateio, mas para isso, precisa-se também
de melhorias no sistema de aquisição de dados as quais serão apontadas nas
conclusões deste trabalho.
4.7 – Propostas de soluções
Foram encontrados vários problemas de qualidade de energia nas unidades
da UFRN. Estes problemas precisam ser corrigidos, porém há a necessidade de
serem instalados novos equipamentos que possibilitem uma análise mais completa
da qualidade de energia. E a partir daí fazer estudos mais completos em todas
unidades para seguir os seguintes caminhos para cada tipo de problema:
– Desequilíbrios nas Correntes
Os desequilíbrios de corrente foram encontrados em algumas unidades, tais
como: Anfiteatro, CCET, DCA, DIMAP e Laboratório de Física. Estes desequilíbrios
tem de ser corrigidos fazendo-se o remanejamento das cargas da fase mais
carregada para a menos carregada. Não houve tempo de detalhar todos os pontos.
Deve-se fazer isto seguindo os critérios de desequilíbrio de corrente descritos no
capítulo 3.
48
– Desequilíbrios nas Tensões
Os desequilíbrios de tensão foram encontrados no: CCET, CCHLA, DIMAP e
Laboratório de Física, no mês de junho. Para solucionar este tipo de desequilíbrio,
tem-se que seguir os seguintes passos:
1. Fazer o rearranjo das cargas, para o desequilíbrio das correntes;
2. Verificar o desequilíbrio de tensão (se existe ou não) no medidor do PAC
(Ponto de Acoplamento Comum);
3. Fazer a análise dos desequilíbrios de tensão, utilizando os critérios descritos
no capítulo3, em cada ponto de medição.
Deve-se destacar que os critérios para análise de desequilíbrios, descritos no
capítulo 3, baseiam-se em uma aproximação que pode causar erros até grosseiros.
Portanto, estes estudos só nos fornecerão resultados seguros depois que for
possível obter as medições das fases das tensões e correntes. Para isso é
necessário inserir outros equipamentos no sistema CCK instalado.
– Distorção Harmônica de Corrente
Os desequilíbrios de corrente foram encontrados no: Centro de Tecnologia,
DCA e Laboratório de Geologia. Não foi possível detalhar todos os pontos pois o
sistema não fornecia os valores de fase das correntes, necessários para fazer a
análise de distorção harmônica de corrente, descrita no capítulo 3.
Para solucionar este tipo de desequilíbrio, tem-se que seguir os seguintes passos:
1. Fazer a avaliação das cargas existentes.
Tomando o DCA como exemplo, existe um estabilizador de tensão,
controlado a estado sólido de 30KVA, regulando todas as tomadas que
alimentam os computadores. Será necessário analisar o espectro do DCA
com o estabilizador desligado. De preferência, ele deve ser jumpeado,
49
mantendo-se as cargas ligadas e, assim, confirmar se realmente é ele o
causador do problema;
2. Conhecidas as cargas causadoras do problema, então deve-se projetar filtros
para os harmônicos. Filtros ativos ou passivos.
No caso do DCA verificar se o estabilizador controlado foi a causa do
problema, se positivo então deve-se desativá-lo ou substituí-lo. Pode ser
substituído por um regulador de tensão não controlado ou com um regulador
PWM;
– Distorção Harmônica de Tensão
As distorções harmônicas de tensão foram encontradas nos pontos de
medição de: Administração-outros e DIMAP, no mês de junho. Para solucionar este
tipo de desequilíbrio, tem-se que seguir os seguintes passos:
1. Seguir os passos descritos no item anterior, para solucionar os problemas de
distorção harmônica de corrente;
2. Verificar a distorção harmônica de tensão(se existe ou não) no medidor do
PAC (Ponto de Acoplamento Comum);
3. Fazer a análise dos desequilíbrios de tensão, utilizando os critérios descritos
no capítulo3, em cada ponto de medição.
Se o problema permanecer na subestação central:
- O problema vem de fora e deve-se passar o problema para a concessionária,
ou;
- As superposições internas causam excesso, daí a correção é na Subestação
principal do Campus da UFRN.
50
– Fator de Potência Várias unidades apresentaram fator de potência abaixo de 0,92. Dentre eles
estão: Anfiteatro, CCHLA II, Biociências, CCET, Centro de Convivência I, Centro de
Convivência II, CCSA I, CCSA II, COMPERVE, Cooperativa e DCA.
Embora exista compensação de reativos na subestação Central, em alguns
horários, como das 17:00h às 22:00h dos dias úteis. Verifica-se fp<0,92. Isto precisa
ser corrigido pois:
- A UFRN está sendo tarifada por isto;
- Estes baixos fatores de potência afetam os níveis de tensão internos e no
PAC, podendo até estar contribuindo para os desequilíbrios de tensão.
O correto é corrigir o fator de potência o mais próximo possível das cargas
consumidoras do problema. Seguir os seguintes passos:
- Verificar os pontos de medição com baixo fator de potência;
- Projetar compensadores menores para estes pontos;
- Analisar a possibilidade de desmembrar o compensador da subestação
central, para distribuí-lo nos pontos problemáticos.
51
5 – Análise Preliminar da Qualidade da Energia do DCA (Departamento de Engenharia de Computação e Automação)
Este capítulo apresenta as características da energia do DCA, unidade
escolhida para apresentar um estudo mais detalhado. Serão descritos os problemas
encontrados nesta unidade junto com imagens obtidas do programa SW CCK PC
6000, descrito no capítulo 2.
5.1 – Desequilíbrio nas Tensões por Fase
O DCA não apresentou desequilíbrio nas tensões por fase, o gráfico abaixo
apresenta as medidas de tensões do DCA no período de 20/06/03 à 27/06/03 a
cada 15 minutos:
Figura 5.1: Tensões por Fase do DCA
52
5.2 – Desequilíbrios de Correntes por Fase
O DCA apresentou desequilíbrio de correntes por fase, que causam
problemas de desequilíbrio descritos no capítulo 3. Os desequilíbrios de corrente
por fase encontrados ocorreram durante os horários da manhã e da tarde, horários
de pico do DCA. A figura 5.2 tem os valores das correntes do DCA no período de
20/06/2003 à 27/06/2003.
Figura 5.2: Corrente por Fase do DCA
5.3 – Distorção Harmônica de Tensão
O DCA não apresentou distorção harmônica de tensão excessiva. Seus
valores de distorção harmônica de tensão total ficaram sempre abaixo dos 3%
determinado pelas normas técnicas descritas no capítulo 3.
5.4 – Distorção Harmônica de Corrente Conforme descrito no capítulo 3 e 4 não foi feito um estudo mais detalhado
das unidades com relação a distorção harmônica de corrente.
Mas na figura 5.3 temos um caso explícito de distorção harmônica de corrente registrado no DCA no dia 23/07/2003 às 16:00h.
53
Figura 5.3: Distorção Harmônica de Corrente do DCA
Percebe-se neste gráfico que a terceira harmônica está com uma distorção
próxima a 10%, o que representa um valor alto em relação às normas técnicas.
5.5 – Fator de Potência
O DCA apresentou Fator de Potência acima de 0,92 apenas nos horários de
pico, ou seja, pela manhã e tarde. A figura 5.4 fornece o fator de potência do DCA
no período de 20/06/2003 à 27/06/2003 a cada 15 minutos:
Figura 5.4 – Fator de Potência por Fase do DCA
54
6 – Conclusões e Perspectivas de Trabalhos Futuros
Não foi possível atingir por completo as metas iniciais do projeto. O trabalho
não pôde ser melhorado, por causa do atraso da instalação de vários pontos do
sistema de medição, o que impediu fazer uma análise mais completa do consumo e
qualidade de energia de todas as unidades do campus universitário central da
UFRN. O atraso implicou em reduzir o estudo a um esboço do que deverá ser um
estudo mais completo.
Foi selecionado um mês e, por amostragem, foram registrados os casos que
apresentaram os problemas mais graves. Apesar das dificuldades apontadas, foi
possível notar que existem problemas de qualidade de energia em muitos pontos de
medição.
Exemplos desses problemas:
- Desequilíbrio de Tensão: CCET, CCHLA, DIMAP;
- Desequilíbrio de Corrente: Anfiteatro, CCET, DCA;
- Harmônicos: Administração-outros, DIMAP, DCA;
- Fator de Potência: DCA, LARHISA, Piscinas.
O sistema instalado na UFRN ainda não nos dá todos os dados necessários
para fazer uma análise mais completa da qualidade de energia da UFRN. O sistema
deveria fornecer os harmônicos individuais de tensão e corrente, para fazer um
melhor estudo dos harmônicos o que, certamente, poderá ser solucionado pelos
fabricantes via alterações no software. Deveria ter um acompanhamento on-line do
fenômeno dos transitórios, para fazer um estudo desses fenômenos, e para isso
teria que ser instalado no sistema o equipamento CCK 4100. Precisa-se também
das medições de fase de tensão e corrente e não só de suas magnitudes, assim
poderia fazer um melhor estudo de desequilíbrios. Definir com clareza a
compatibilidade do diagrama de medições do sistema CCK com o diagrama elétrico
da UFRN para níveis de curto circuito em todos os barramentos onde há medição.
Quanto ao consumo, comparações grosseiras entre unidades, sugerem que
pode existir problemas a serem resolvidos. Exemplos:
- Os Correios consumindo o equivalente a 42% do NEI;
- CAURN com o consumo quase equivalente ao LARHISA; 55
- O Banespa consumindo o equivalente a 88,6% do DCA;
Algumas unidades (como os Correios, BB, CEF e BANESPA) devem ressarcir a
UFRN da energia consumida. Será que o ressarcimento está sendo compatível?
Todas essa questões devem ser aprofundadas, necessitando de mais
investimento de tempo e pessoas dedicadas ao estudo e, em alguns casos, de
melhorias no sistema de aquisição de dados, para que resultados conclusivos
possam ser obtidos e, assim, seja possível tomar providências corretivas.
Trabalhos Futuros
Definir com clareza a compatibilidade do diagrama de medições do sistema
CCK com o diagrama elétrico da UFRN para níveis de curto circuito em todos os
barramentos onde há medição.
Realizar um estudo que nos permita estimar nível de consumo aceitável de
cada unidade da UFRN para que se tenha um controle da eficiência do consumo no
campus universitário central da UFRN. Fazer a implementação de um algoritmo
para a política de cortes por excesso de demanda.
Instalar um equipamento no medidor central da UFRN que permita fazer a
análise da qualidade de energia deste ponto, e a partir daí detectar quais unidades
problemáticas podem estar influenciando na má qualidade de energia do ponto
central da UFRN.
Instalar equipamentos CCK 4100 nos pontos de medição, que nos permite
fazer um melhor estudo do fenômeno de transitórios.
Desenvolver software para fornecer os harmônicos individuais a as fases das
tensões e correntes, para incorporar ao SW CCK PC 6000.
56
7 - Bibliografia [1] Pinheiro, R.F., Jacobina, C.B., Correa, M.B.R., Lima, A.M.N. e Silva, E.R.C.,
“Modelling and Control of Unbalanced Three-Phase Systems Containing PWM
Converters”, IEEE transactions on Industry Applications, v. 37, no 6, nov-dec, 2001.
[2] Pinheiro, R.F., Jacobina, C.B., Correa, M.B.R., Lima, A.M.N. e Silva, E.R.C., “A
Revision of the Stata of the Art in Active Filters”, V Brasilian Power Electronics
Conference, 1999, Foz do Iguaçu, PR.
[3] Pinheiro, R.F e Jacobina, C.B., “Uso de Filtros Ativos no Controle de Potência
Reativa, Desequilíbrios e Harmônicos, Provocados por Cargas Elétricas”, VII
Congresso Latinoamericano de Control Automático, Buenos Aires, Argentina, 1996.
[4] Dantas, C.S.S., “Medição, Cálculo e Monitoração de Potências Instantâneas”,
Projeto de Engenharia desenvolvido para conclusão do curso de Engenharia
Elétrica da UFRN, Natal, RN, fevereiro de 1996.
[5] Hirofumi Akagi, New Trends Active Filters, VI EPE, Servilha, Espanha, setembro,
1995.
[6] Hirofumi Akagi, Yoshhira Kanasawa, Koetsu Fujita e Akira Nabae, Generalized
Theory of Instantaneous Reactive Power and its Application, IEE-Japan, vol. 103, no
04, July, 1983.
[7] Hirofumi Akagi, Yoshhira Kanasawa e Akira Nabae, Instantaneous Reactive
Compensators Comprising Switching Devices Without Energy Storage Components,
IEEE trans. On Ind. Applic., IA-20, no 03, may-june, 1984.
[8] Dugan, R.C., McGranaghan, M.F. eBeaty, H.W., “Electrical Power Systems
Quality”, Editora McGraw-Hill, Tókyo, 1996.
57
[9] Aldabó, R., “Qualidade na Energia Elétrica”, Editora Artliber, São Paulo, SP,
2001.
[10] GCOI/SCEL/GTEE – “Critérios e Metodologias para o Atendimento a
Consumidores com Cargas Especiais” – Rel. SCEL/GTEE 03/1984 – 07/1984.
[11] Chaves, C.V. e Alves, M.F. – “Cargas Distorcidas e Desequilibradas em Sistemas Elétricos de Potência” – SNPTEE – 10/1987. [12] Manual do sistema CCK – CCK Automação LTDA. [13] Almanaque Abril 2001 [14] IEE Recommended Practices and Requirements for Harmonics Control in Electrical Power Systems – Std 519-1992. Sites Visitados:
[15] http://www.guiafloripa.com.br/energia/energia/cenario_brasil.php – Visitado no
dia 02/07/2003.
[16] http://www.mct.org.br/cerg - Ministério da Ciência e Tecnologia – Visitado no dia
02/07/2003;
[17] http://www.emc.ufsc.br - Conservação de energia: conceitos e sociedade –
Visitado no dia 04/072003;
[18] http://www.ambiente.sp.gov.br - A Ciência para o Desenvolvimento Sustentável,
Governo de São Paulo - Visitado no dia 08/07/2003.
58
8 – Anexos
Anexo A
Unidades de Supervisão - UFRN - Por Área
Unidade Área Observação Centro
Área 01 - IP: 10.1.152.251 Trafo 03 - NEI Trafo 03 1 x 112,5 kVA 40
CCSA
Trafo 05 - Editora Trafo 05 1 x 112.5 kVA 41
Administração
Trafo 07 - Escola de Música Trafo 07 1 x 225kVA 42 CCHLA
Ramal - Depto Artes SE 10 2 x 225 kVA 36 Administração
Ramal - FUNPEC SE 10 2 x 225 kVA 34 Unidade Privada
Ramal - Servidores SE 10 2 x 225 kVA 35 CCHLA
Subestação 10 - Adm / Outros - 01 SE 10 1 x 225 KVA 32 Mista
Subestação 10 - Adm / Outros - 02 SE 10 1 x 225 KVA 33 Mista
Trafo 18 - COMPERVE Trafo 18 1 x 150 kVA 52 Unidade Privada
Área 02 - IP: 10.13.96.251
Subestação 01 - NT - 01 SE 01 1 x 225 kVA 2 CT
Subestação 01 - NT - 02 SE 01 1 x 225 kVA 3 CT
Subestação 02 - Lab. Física - 01 SE 02 1 x 225 kVA 4 CCET
Subestação 02 - Lab. Física - 02 SE 02 1 x 225 kVA 5 CCET
Ramal - Anfiteatros SE 07 2 x 225 kVA 27 CCET
Ramal - Setor III SE 07 2 x 225 kVA 25 CCET
Ramal - Setor IV SE 07 2 x 225 kVA 26 CT
Subestação 07 - CT / Aulas III e IV - 01 SE 07 1 x 225 kVA 23 Mista
Subestação 07 - CT / Aulas III e IV - 02 SE 07 1 x 225 kVA 24 Mista
Trafo 08 - LECA Trafo 08 1 x 225 kVA 43 CT
Trafo 09 - CT Trafo 09 1 x 112,5 kVA 44 CT
Subestação 09 - Biociências - 01 SE 09 1 x 225 kVA 30 CB
Subestação 09 - Biociências - 02 SE 09 1 x 225 kVA 31 CB
Trafo 10 - Anel Viário (Geologia) Trafo 10 1 x 150 kVA 45 CCET
59
Unidade Área Observação Centro Ramal - DIMAP SE 11 1 x 225 kVA 38 CCET
Subestação 11 - NPD SE 11 1 x 225 kVA 37 Administração
Subestação 12 - NUPLAN SE 12 1 x 300 kVA 39 Unidade Privada
Trafo 19 - LARHISA Trafo 19 1 x 225 kVA 53 CT
Área 03 - IP: 10.3.224.15
Ramal - Biblioteca SE 03 2 x 225 kVA 8 Administração
Subestação 03 - CCHLA - 01 SE 03 1 X 225 kVA 6 CCHLA
Subestação 03 - CCHLA - 02 SE 03 1 X 225 kVA 7 CCHLA
Subestação 04 - CCET SE 04 2 x 150 kVA 9 CCET
Ramal - Central Telefônica SE 05 2 x 225 kVA 12 Administração
Subestação 05 - CCSA - 01 SE 05 1 x 225 kVA 10 CCSA
Subestação 05 - CCSA - 02 SE 05 1 x 225 kVA 11 CCSA
Ramal - Banco do Brasil SE 06 2 x 225 kVA 15 Unidade Privada
Ramal - Caixa Econômica SE 06 2 x 225 kVA 16 Unidade Privada
Ramal - CAURN SE 06 2 x 225 kVA 17 Unidade Privada
Ramal - Cooperativa SE 06 2 x 225 kVA 18 Unidade Privada
Ramal - Correios SE 06 2 x 225 kVA 19 Unidade Privada
Ramal - POP SE 06 2 x 225 kVA 20 Unidade Privada
Ramal - Restaurante APURN SE 06 2 x 225 kVA 21 Unidade Privada
Ramal - TVU SE 06 2 x 225 kVA 22 CCSA
Subestação 06 - Centro Convivência - 01 SE 06 1 x 225 kVA 13 Mista
Subestação 06 - Centro Convivência - 02 SE 06 1 x 225 kVA 14 Mista
Subestação 08 - Reitoria - 01 SE 08 1 x 225 KVA 28 Administração
Subestação 08 - Reitoria - 02 SE 08 1 x 225 KVA 29 Administração
Trafo 11 - Setor II Trafo 11 1 x 150 kVA 46 CCHLA
Trafo 12 - Ramal CCHLA Nova Trafo 12 1 x 225 kVA 47 CCHLA
Trafo 12 - Setor V Trafo 12 1 x 225 kVA 48 CCSA
Trafo 20 - Banespa Trafo 20 1 X 150 kVA 54 Unidade Privada
Área 04 - IP: 10.1.154.251
Trafo 13 - Anel Viário (Ginasinho) Trafo 13 1 x 112.5 kVA 49 CCS
Trafo 14 - Anel Viário (Piscinas) Trafo 14 1 x 112.5 kVA 50 CCS
Trafo 15 - Ginásio Trafo 15 1 x 225 KVA 51 Mista
SE - Geral SE Geral ... Administração
60