Ano 16 - Edição 179 / Maio-Junho de 2021
ANOS
DESAFIOS PARA A EXPANSÃO DA TRANSMISSÃO Confira também um guia de fabricantes e distribuidores de equipamentos para transmissão e distribuição de energia
PROTEÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Recomendações para proteção de instalações com painéis alocados no solo FASCÍCULOS COLECIONÁVEIS • Eficiência energética em edificações • Curtos-circuitos em instalações elétricas industriais • Metodologia para agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas em medidores de qualidade da energia elétrica ESTUDO: Modelagem e simulação de parâmetros elétricos de um compensador síncrono CIGRÉ: Tendências e oportunidades do setor elétrico.
Editorial
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O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021 Capa ed 179_Flavia.pdf
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30/06/21
19:34
Ano 16 - Edição 179 / Maio-Junho de 2021
ANOS
DESAFIOS PARA A EXPANSÃO DA TRANSMISSÃO Confira também um guia de fabricantes e distribuidores de equipamentos para transmissão e distribuição de energia
PROTEÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Recomendações para proteção de instalações com painéis alocados no solo FASCÍCULOS COLECIONÁVEIS • Eficiência energética em edificações • Curtos-circuitos em instalações elétricas industriais • Metodologia para agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas em medidores de qualidade da energia elétrica ESTUDO: Modelagem e simulação de parâmetros elétricos de um compensador síncrono CIGRÉ: Tendências e oportunidades do setor elétrico.
Edição 179
Conheçam o Instituto O Setor Elétrico!
Caros leitores, peço licença para utilizar este espaço não para
partir de pesquisas de mercado que identificam assuntos em
falar sobre o conteúdo da revista que está a seguir, mas para
alta, tendências tecnológicas, desafios e dores do setor, novos
contar uma novidade em primeiríssima mão. Indo direto ao ponto:
documentos normativos, etc.
conheçam o Instituto O Setor Elétrico! Trata-se de uma iniciativa
que nasce com um objetivo muito claro de, juntamente com esta
planejados para este segundo semestre, que nasceram, inclusive,
publicação, oferecer uma solução completa de informação e
com base nas dúvidas e solicitações requeridas por vocês, leitores,
formação profissional para os nossos leitores e para engenheiros
em comentários enviados por e-mail, site e redes sociais. Foi,
que desejam se atualizar, desenvolver novas competências e
então, atendendo a pedidos que os primeiros treinamentos serão
construir relacionamentos profissionais.
voltados para gestão de riscos elétricos, projetos de subestações
e digitalização no setor elétrico ministrados pelos profissionais
Se esta revista leva até você conteúdo técnico relevante por
Tenho o prazer de comunicar que já temos diversos cursos
meio de artigos criteriosamente selecionados, assinados por
que mais entendem do assunto. E tem muito mais a caminho!
especialistas experientes e competentes em suas áreas, o Instituto
Aproveito as últimas linhas para pedir dois favores:
oferecerá a oportunidade real de desenvolvimento técnico por meio de cursos e treinamentos com a instrução de muitos desses
1) Tem algum assunto que você gostaria de se especializar? Sente
mesmos especialistas que vocês já acompanham nesta publicação.
falta de algum treinamento/curso no mercado? Tem algum case
Em poucas palavras, o Instituto é um braço da revista OSE, que
de sucesso para compartilhar? Me mande um e-mail (endereço
oferecerá atualização profissional em um ambiente com muitas
abaixo). Estamos sempre em contato com o mercado para reunir
oportunidades de negócio por meio de treinamentos e eventos
o melhor conteúdo;
a distância e presenciais (quando for possível). Importante dizer
2) É claro que já estamos na internet. Acompanhe as novidades
que nos cursos remotos, as aulas serão ao vivo, o que permite
que já estão chegando em nosso site e redes sociais. Não
interação em tempo real com os instrutores e com seus pares.
esqueçam de curtir, comentar e compartilhar!
Com este projeto, nosso propósito é contribuir para o desenvolvimento da engenharia elétrica brasileira por meio
www.institutosetoreletrico.com.br
de treinamentos comprometidos com o aprendizado e com a
Instagram: @institutosetoreletrico
disseminação de boas práticas da engenharia. Nossos eventos
Facebook e LinkedIn: Instituto O Setor Elétrico
reunirão gestores e executivos de mercado para apresentação de cases de sucesso (e de insucesso, afinal, são os erros que nos
Boa leitura!
fazem melhores), para troca de conhecimento e realização de
Abraços,
benchmarking.
Flávia Lima
flavia@atitudeeditorial.com.br
Os temas dos treinamentos e eventos são definidos a
Acompanhe nossoas lives e webinars com especialistas do setor em nosso canal no YouTube: https://www.youtube.com/osetoreletrico
Sumário atitude@atitudeeditorial.com.br
Diretores Adolfo Vaiser Simone Vaiser Assistente de circulação, pesquisa e eventos Henrique Vaiser – henrique@atitudeeditorial.com.br Administração Paulo Martins Oliveira Sobrinho administrativo@atitudeeditorial.com.br Editora Flávia Lima – MTB 40.703 flavia@atitudeeditorial.com.br Publicidade Diretor comercial Adolfo Vaiser - adolfo@atitudeeditorial.com.br Contato publicitário Ana Maria Rancoleta - anamaria@atitudeeditorial.com.br
35 Suplemento Renováveis Mais um capítulo do fascículo sobre proteção para sistemas fotovoltaicos: recomendações para proteção de instalações com painéis alocados no solo. E mais: manifestação defende a energia solar distribuída; como a fonte solar pode contribuir para a redução na conta de luz; Dia Mundial do Vento e a transformação que queremos para o futuro. Estas e outras notícias sobre o universo das fontes renováveis de energia.
Direção de arte e produção Leonardo Piva - atitude@leonardopiva.com.br
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Editorial
Consultor técnico
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Coluna do consultor As equações da energia no Brasil. A conta fecha?
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Painel de notícias Signify apresenta portfólio completo de luminárias com fonte de energia solar; Iluminação pública atrai investimentos de R$ 18 bilhões nos próximos 20 anos; Brasil atinge 500 mil conexões de geração própria a partir da fonte solar; Huawei e ABGD lançam Huawei Solar Road Show no Brasil. Estas e outras notícias sobre produtos, empresas e mercado da engenharia elétrica no Brasil.
José Starosta Colaboradores técnicos da publicação Daniel Bento, Jobson Modena, José Starosta, Luciano Rosito, Nunziante Graziano, Roberval Bulgarelli. Colaboradores desta edição Alcebíades Bessa, Carlos Evangelista, Daniel Bento, Daniel Ussuna, Diogo Dahlke, Elbia Gannoum, Emeli Lalesca Aparecida da Guarda, Guilherme Chrispim, Guilherme Leal Xavier, Henry Salamanca, Ives Morosini, João Mamede Filho, Jobson Modena, José Rubens Macedo Junior, José Starosta, Lucas Encarnação, Luciano Rosito, Luis Gamboa, Martin Ordenes Mizgier, Nunziante Graziano, Paulo Edmundo da Fonseca Freire, Pedro Block, Renato Carvalho, Roberval Bulgarelli, Rodrigo Sauaia, Ronaldo Kascher, Ronaldo Koloszuk, Saulo Cisneiros.
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Fascículos Instalações elétricas de média e alta tensão Pesquisa e Desenvolvimento - Os melhores projetos Eficiência energética - Planejamento e execução
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Aula prática Modelagem de uma máquina síncrona no software de transitórios eletromagnéticos PSCAD/EMTDC.
A Revista O Setor Elétrico é uma publicação mensal da Atitude Editorial Ltda., voltada aos mercados de Instalações Elétricas, Energia e Iluminação, com tiragem de 13.000 exemplares. Distribuída entre as empresas de engenharia, projetos e instalação, manutenção, indústrias de diversos segmentos, concessionárias, prefeituras e revendas de material elétrico, é enviada aos executivos e especificadores destes segmentos. Os artigos assinados são de responsabilidade de seus autores e não necessariamente refletem as opiniões da revista. Não é permitida a reprodução total ou parcial das matérias sem expressa autorização da Editora.
52 58 60
Capa: www.shutterstock.com | Preechar Bowonkitwanchai Impressão - Grafilar Distribuição - Correios
Atitude Editorial Publicações Técnicas Ltda. Rua Piracuama, 280, Sala 41 Cep: 05017-040 – Perdizes – São Paulo (SP) Fone - (11) 98433-2788 www.osetoreletrico.com.br atitude@atitudeeditorial.com.br
Filiada à
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Guia setorial Um guia prático de consulta às empresas fabricantes e distribuidoras de equipamentos para transmissão e distribuição de energia. Espaço Aterramento ABNT NBR 7117 – Arranjos de Schlumberger e de Wenner. Espaço SBQEE Avaliação da resposta em frequência de TPs – Soluções, aplicações e experiência em campo. Colunas Jobson Modena - Proteção contra raios Luciano Rosito - Iluminação pública Nunziante Graziano - Quadros e painéis Daniel Bento - Redes subterrâneas em foco José Starosta - Energia com qualidade Roberval Bulgarelli - Instalações Ex Opinião Tendências e oportunidades do setor elétrico.
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Coluna do consultor
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
José Starosta é diretor da Ação Engenharia e Instalações e membro da diretoria do Deinfra-Fiesp e da SBQEE. É consultor da revista O Setor Elétrico jstarosta@acaoenge.com.br
As equações da energia no Brasil. A conta fecha?
A simples consideração isolada da
Diante da inconstância de luz, de vento
Algumas questões para reflexão:
situação precária do nível dos reservatórios
e de água nos reservatórios, o mercado para
já é motivo de preocupação, considerando
as usinas térmicas, mais caras e poluentes,
• Poderá haver aumento de oportunidades
ainda que as outras fontes renováveis são
parece avançar. Apesar de muito se
para consumidores de energia no período
variáveis em função da boa vontade do
comentar sobre a complementariedade das
noturno com aquisição de energia eólica no
vento e do Sol e, para fechar com chave de
fontes renováveis, que poderiam tornar um
ambiente de contratação livre (ACL)?
ouro, no final de maio, o defeito na linha de
modelo 100% sustentável, ainda estamos
• A GD e os “novos geradores” que utilizam
transmissão de Belo Monte promove corte
longe.
a rede das distribuidoras como ponto de
de 3,4 GW do SIN.
conexão irão arcar também com os custos
combustíveis fósseis possuem importante
da infraestrutura, seja com tarifas de fio
envolvimento do presidente da república
fração da geração de 20% a 25% com
ou outros valores equivalentes? Qual a
com decreto de realização de leilões para
outras vantagens relacionadas à localização
definição dos senhores congressistas? Eles
“novas fontes de reserva de capacidade”.
próxima aos centros de consumo e curto
possuem entendimento técnico da matéria?
O presidente do Senado faz duras críticas
tempo de implantação e entrada em regime e
• A eficiência energética possui
ao ONS que, por sua vez, providencia
que deveriam ter garantias de confiabilidade,
potencialidades de redução da carga
uma operação “pente fino” nas usinas
se bem mantidas, pois podem ser chamadas
postergando investimentos (mesmo em
térmicas de emergência a fim de garantir o
a qualquer tempo para entrar em regime.
renováveis) e reduzindo perdas, mas é
suprimento, evitando surpresas. Há ainda
sempre desconsiderada. Por quê?
aqueles que defendam calorosamente o
por baterias são tidos como soluções
• O ONS terá condições de operar o sistema
uso somente das renováveis, contando com
interessantes e parecem ser uma das saídas
com a infraestrutura existente, mesmo com a
os reservatórios das hidrelétricas como
para o estoque de energia gerada por fontes
economia em recuperação?
“baterias”!
renováveis em períodos de baixo consumo.
• A mobilidade elétrica depende de energia
A crise hídrica tem efeitos políticos e
O fato atual é que térmicas a
Os sistemas de armazenamento
O hidrogênio “verde” produzido por energia
limpa e disponível com o uso de sistemas
(ENA) pode também ser estendida a outros
renovável também surge como outra boa
confortáveis e seguros. Alguém já imaginou
sistemas renováveis, naturalmente, com
oportunidade de armazenamento, uma vez
as térmicas alimentando um grid com carros
outros aspectos de sazonalidade. Mesmo
que sua produção também teve seus custos
elétricos? Ou que o abastecimento seja
que a anergia eólica tenha conseguido
reduzidos a exemplo das fotovoltaicas.
incerto ou inseguro?
alimentar todo o Nordeste por um curto
A geração sustentável será sempre
• A bandeira vermelha-patamar 2 veio para
período, não significa que essa marca não
“perseguida” apesar das inconstâncias
ficar até que a chuva volte a encher nossos
traga riscos, pois o fornecimento de energia
citadas e mesmo que sejam fontes
reservatórios. Essa parece a única afirmação
exige perenidade e confiabilidade.
complementares.
sem dúvidas.
A fragilidade da energia natural afluente
Painel de notícias
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O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Signify apresenta portfólio completo de soluções em iluminação com fonte de energia solar
Apostando no Brasil como importante
mercado com potencial para implementação de projetos de iluminação solar, a Signify tem reforçado suas soluções de iluminação solar em Led. As luminárias solares Philips são 100% autônomas, reduzindo ou zerando a dependência de conexão à rede elétrica. "A
solução
de
iluminação
Solar
proporciona aos nossos parceiros benefícios de
enorme
valor
ecológico,
além
de
altíssima eficácia luminosa, reforçando o comprometimento da Signify com suas metas de desenvolvimento sustentável em todo o planeta. Dentro desses conceitos, oferecemos
iluminação
solar
renovável
econômica, segura, eficiente, prática e, principalmente, sustentável", afirma Sergio Costa, presidente da Signify Brasil.
Dada a urgência para um incentivo cada
vez mais necessário aos temas ligados à
rede
variadas
e dimerização em operação automática do
sustentabilidade, os produtos de iluminação
aplicações, essa luminária para instalação em
crepúsculo ao amanhecer, com detecção
solar representam uma forma renovável de
poste possui painel integrado com ativação/
de movimento baseada em sensor de micro-
iluminar espaços externos amplos, reduzindo
desativação automática por meio da detecção
ondas. Conta com um design integrado, sem
a pegada de carbono, com baixo investimento
do anoitecer e do amanhecer para economia
necessidade de fiação, instalação facilitada e
inicial e de manutenção. Trata-se de uma
de energia, permite o uso de controle remoto
alta eficácia luminosa de até 150Im/w.
redução significativa no consumo de energia,
sem fio para configuração além de ter uma
-
tudo graças a um controlador de carga e
instalação simples e prática. Sua construção
desenvolvido
descarga que faz a gestão da bateria para
inclui uma bateria de lítio ferro fosfato
externas onde a conexão elétrica não é
armazenamento da energia solar.
(LiFePO4) para melhor rendimento e está
possível/difícil, este projetor é facilmente
disponível em três versões de até 12.000
configurável conforme a necessidade do
modelos de produtos que utilizam a raios
lúmens.
projeto, destaca-se pela longa vida útil,
solares para oferecer energia elétrica eficiente
- Philips SmartBright All-in-One Solar -
está disponível em 04 diferentes versões
em diferentes espaços:
luminária para instalação em poste que
equivalentes à projetores com lâmpada
oferece alta taxa de conversão de energia
halógena de 100 W, 200 W, 300 W e 500W,
- Philips SunStay All-in-One Solar: ideal para
com painéis solares monocristalinos, possui
além de acompanhar um controle remoto.
projetos que exigem fornecimento de energia
longa autonomia e vida com bateria de lítio
Sua carcaça fundida acompanha painel
em locais de difícil instalação da tradicional
ferro fosfato além de permitir controle da luz
policristalino e bateria LiFePO4.
A Signify oferece no Brasil três diferentes
elétrica.
Projetada
para
Projetor
Philips para
SmartBright amplas
Solar
-
aplicações
Painel de notícias
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O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Iluminação pública atrai investimentos de R$ 18 bilhões nos próximos 20 anos pública
para levar a modernização a mais de 100
brasileiro, por meio de concessões e
mil pontos de iluminação, beneficiando
programados leilões com apoio técnico do
Parcerias Público-Privadas (PPPs), vem se
uma população em torno de 1,5 milhão de
BNDES em Curitiba (PR) para modernização
consolidando e já tem contratados para os
pessoas em Belém, no Pará, e mais de 140
de
próximos anos projetos com investimentos
mil pessoas em Sapucaia do Sul. A Caixa
investimentos estimados em R$ 330 milhões
de mais de R$ 18 bilhões em apenas 51
também viabilizou, em agosto do ano passado,
e Caruaru (PE), que prevê modernizar 31 mil
municípios brasileiros, sendo nove capitais.
o leilão de PPP para a modernização a 129,4
pontos de iluminação, com aportes de R$
Para além dos contratos assinados existem
mil pontos de iluminação das cidades de
86 milhões. Ainda no primeiro semestre, está
mais de 400 projetos em andamento no
Aracaju (SE), Feira de Santana (BA) e Franco
prevista a licitação para a Parceria Público
país, sendo 229 por meio de consórcios
da Rocha (SP), somando o investimento de
Privada de iluminação pública em Campinas
municipais, especialmente em Minas Gerais
R$ 300 milhões.
(SP), projeto que prevê a modernização de 120
e Bahia. O levantamento é da Associação
O
Brasileira das Concessionárias de Iluminação
projetos licitados em que Banco Nacional
de aproximadamente R$ 256 milhões.
Pública (ABCIP), que avalia que o maior
de Desenvolvimento Econômico e Social
apetite dos investidores para as PPPs do
(BNDES) atuou no edital como Porto Alegre
alternativa para viabilizar investimentos no setor
setor decorre principalmente da adequada
(RS) e Teresina (PI), em 2019, e Vila Velha
público neste momento de grave crise fiscal,
modelagem dos projetos, da solidez das
(ES), Macapá (AP) e Petrolina (PE) em 2020.
concomitante à pandemia. A modernização do
fontes de financiamento e da possibilidade
Juntos, somam 290 mil pontos de luz e
parque de iluminação pública - que poderia
de resultados no longo prazo.
investimento aproximado de R$ 859 milhões.
levar anos para ser desenvolvido – pode
O
mercado
de
iluminação
restante
dos
aportes
vem
de
Para o primeiro semestre de 2021 estão
163
mil
pontos
de
iluminação
e
mil pontos de iluminação, com investimentos A PPP tem se mostrado como importante
Também entram nessa conta as PPP do
ser realizada em até dois anos pela iniciativa
R$ 310 milhões são provenientes do último
Rio de Janeiro, São Paulo e Belo Horizonte, a
privada e trazer reduções de consumo de
leilão que ocorreu em novembro de 2020
primeira capital do país a adotar esse modelo.
energia na ordem de 70% ao Município.
Do montante de investimentos previstos,
Brasil atinge meio milhão de conexões de energia solar em telhados e pequenos terrenos
Último levantamento da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica
(Absolar) revelou que o Brasil ultrapassou a marca de meio milhão de conexões de geração própria de energia a partir da fonte solar fotovoltaica. Desde 2012, a modalidade instalou cerca de 5,8 GW de potência operacional, sendo responsável pela atração de mais de R$ 29 bilhões em novos investimentos ao País e agregando mais de 174 mil empregos acumulados no período, espalhados pelas cinco regiões nacionais.
Embora tenha avançado nos últimos anos, o Brasil continua atrasado no uso
da geração própria de energia solar. Dos mais de 87 milhões de consumidores de energia elétrica do País, menos de 0,7% já faz uso do sol para produzir eletricidade, limpa, renovável e competitiva.
Para a entidade, o maior incentivo à geração própria de energia renovável, como proposto no Projeto de Lei (PL) nº 5.829/2019, que
cria um marco legal para a modalidade, fortalecerá a segurança de suprimento elétrico em tempos de crise hídrica, bandeira vermelha na conta de luz pelo uso de termelétricas fósseis e risco de racionamento.
A geração própria de energia solar já está presente em 5.257 municípios e em todos os estados brasileiros. Entre os cinco municípios
líderes estão Cuiabá (MT), Brasília (DF), Teresina (PI), Uberlândia (MG) e Rio de Janeiro (RJ), respectivamente.
A evolução das estruturas solares As novas estruturas para geração de energia fotovoltaica da Romagnole inovam a partir de um conceito inédito de montagem dos sistemas, representando uma revolução para o segmento.
ESTRUTURA DE SOLO BI-FACIAL PRATIC LITE (8 MÓDULOS BI-FACIAIS)
L I T E
DUALCLAMP AGORA O END-CLAMP SE TRANSFORMA EM MID-CLAMP
PERFIS MAIS LEVES COM RESISTÊNCIA A VENTOS DE ATÉ 180KM/H
PRATIC LITE e PRATIC PRO contam com diferenciais que facilitam o trabalho dos instaladores e reduzem o tempo de montagem, diminuindo assim os custos de instalação, tanto em solo quanto em telhados.
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Painel de notícias
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O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Huawei e ABGD lançam o primeiro Huawei Solar Road Show no Brasil
A Huawei, juntamente com a Associação
Brasileira de Geração Distribuída (ABGD), lançou o primeiro Huawei Solar Road Show, um caminhão móvel totalmente adaptado para cursos de qualificação e com uma casa de demonstração abastecida com um sistema de microgeração distribuída. A iniciativa, cujo principal patrocinador é a Huawei, também conta com o apoio da secretaria estadual de infraestrutura e meio ambiente de São Paulo (SIMA) e de outras empresas do mercado de energia solar, que realizará cursos fundamentais para a instalação de sistemas fotovoltaicos para mais para regiões relativamente remotas.
de 50 cidades, cobrindo os principais estados
do Brasil.
tecnologias digitais que garanta o fornecimento
"Nossa ideia é incluir no itinerário as
O solar truck conta com uma sala de
de energia limpa dia e noite, de uma forma muito
principais capitais e cidades importantes
aula, espaço para oficinas e uma casa de
intuitiva, eficiente e econômica para ambientes
identificadas na rota, promovendo a energia
demonstração com cozinha e lavanderia,
residenciais, comerciais e industriais. Isto não
solar fotovoltaica na prática", comenta Carlos
totalmente equipada, fornecida por um sistema
é mais uma expectativa para o futuro. Isso é
Evangelista, presidente da ABGD.
de microgeração distribuída na rede e fora da
possível agora", diz Fabio Mendes, diretor
rede, que serão usados para atividades de
de parceiros de canal da Huawei, grupo
trabalho de 8 horas, que inclui noções básicas
demonstração.
empresarial da América Latina.
da regulamentação da geração de eletricidade
No cenário residencial, o participante
distribuída, dimensionamento preliminar de
poderá ver de perto a solução fotovoltaica
a população sobre a importância de usar
projetos
inteligente da Huawei para residências, que
fontes renováveis para geração de energia;
e qualidade de instalações e vendas", diz
oferece 24 horas de energia limpa, estável e
qualificar, com uma sala de aula itinerante,
Evangelista. A ABGD espera treinar mais de
econômica e sem afetar a rotina e a qualidade
profissionais interessados na instalação de
2 mil pessoas ao longo do caminho em um
de vida de seus residentes.
sistemas fotovoltaicos e trazer conhecimento
circuito de 12 meses na estrada.
"Imagine uma solução única com base em
O projeto tem três objetivos: conscientizar
"Elaboramos um curso com uma carga de
fotovoltaicos
solares,
segurança
Clovis Torres assume presidência de Furnas
O advogado Clovis Torres assumiu a presidência de Furnas, em 21 de junho, após reunião do Conselho de Administração da empresa
que o empossou no cargo. O executivo fez um pronunciamento virtual para todos os colaboradores da empresa em seu primeiro dia no cargo. “Neste nosso primeiro encontro, firmo o compromisso de estabelecer uma gestão calcada no respeito e diálogo com todos os colaboradores. Uma gestão que terá como prioridade a vida. Vamos zelar pela segurança, saúde e bem-estar dos empregados e empregadas. E atuar pelo seu desenvolvimento como pessoas e profissionais”, ressaltou Torres em seu discurso.
Para Torres, o posicionamento de uma organização quanto ao Meio Ambiente, Sociedade e Governança – a tríade que configura o espectro
ESG - nunca esteve sob tão intenso escrutínio de investidores, governos, parceiros de negócios, fornecedores e consumidores. Por esta razão, segundo o executivo, é preciso ousar, ir além do que já foi feito, termos de gestão ambiental, programas de responsabilidade social e governança corporativa.
Painel de notícias
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O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Brasil precisa treinar cerca de 4 mil trabalhadores até 2025 para trabalhos com energia eólica
Estudo recente realizado pelo Conselho
Global de Energia Eólica (GWEC) e pela Organização Eólica Global (GWO), em parceria com o Renewables Consulting Group (RCG), concluiu que a indústria eólica precisa treinar mais de 480 mil pessoas nos próximos cinco anos para atender à demanda do mercado mundial. Somente no Brasil, 3.737 profissionais precisarão passar por treinamento para sustentar a instalação programada de 9,7 GW adicionais de eólica em terra até 2025.
Segundo a GWEC, essa tarefa não deve
ser um problema para o país, que além de liderar o crescimento da energia do vento na América Latina, está na dianteira nas Américas em crescimento de novos centros de treinamento certificados e também no volume
sustentabilidade da indústria eólica e a licença
a capacidade de suportar a qualificação de
de trabalhadores sendo treinados.
para operar na transição energética. Essa
200 mil trabalhadores até o final de 2022. O
O relatório chama a atenção também para
qualificação é essencial nos segmentos de
relatório conclui que esse ritmo de treinamento
o nascimento do mercado eólico offshore
construção, instalação, operação e manutenção
pode não ser suficiente para formar outros 280
no Brasil, que pode ter seu primeiro projeto
da cadeia de valor da energia eólica, que
mil trabalhadores necessários para instalar os
de demonstração ainda na primeira metade
representam apenas uma fração dos postos
490 GW previstos de nova capacidade de
desta década, com a efetiva entrada no
de trabalho desta indústria. Não estão incluídos
energia eólica que entrará em funcionamento
mercado esperada para 2027. Os cálculos do
nessa conta empregos gerados em aquisições,
nos próximos cinco anos.
estudo não levam em conta uma demanda de
fabricação (o segmento mais intensivo em mão
Dos 480 mil GWO de trabalhadores
treinamento nessa modalidade.
de obra) e transporte, por exemplo.
treinados necessários em todo o mundo,
O treinamento padronizado global é
Atualmente, o mercado de treinamento
308.000 serão empregados para construir e
fundamental para garantir a saúde e a segu
da GWO, considerado o padrão global para
manter projetos eólicos em terra e 172.000
rança da força de trabalho e salvaguardar a
treinamento da força de trabalho eólica, tem
são necessários para a energia eólica offshore.
CGTI lança dispositivo separador de óleo e água
Com equipes de profissionais formadas por engenheiros com amplos conhecimentos e experiência no setor, os
pesquisadores do CGTI desenvolveram um dispositivo que auxilia na prevenção que derramamentos de óleo isolante de transformadores de potência e equipamentos associados contaminem o solo e lençóis freáticos. O Dispositivo Separador Óleo Água monitora, sinaliza e bloqueia a passagem de óleo, retendo-o na ocorrência de vazamento em subestações.
Fabricado em fibra de vidro e resina especial para suportar altas temperaturas, o dispositivo tem como principais diferenciais
o monitoramento remoto e a possibilidade de instalação em subestações com restrição de espaço que não comporta o sistema convencional.
O projeto do Dispositivo Separador faz parte do âmbito de pesquisa e desenvolvimento da Aneel realizado com apoio da
EDF Norte Fluminense, Light e EDP. Para saber mais, acesse: www.dispositivoseparador.com.br
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MÉDIA E ALTA TENSÃO Este fascículo discutirá tecnicamente alguns pormenores das instalações elétricas de média e alta tensão e está sob a coordenação do engenheiro João Mamede Filho, diretor técnico da CPE Estudos e Projetos Elétricos e autor de diversos livros sobre sistemas elétricos de potência. Serão abordados neste espaço durante todo o ano de 2021 temas como subestações, interferências eletromagnéticas, perdas em linhas de transmissão, aplicação de resistores, isolamento, entre outros. No capítulo desta edição:
Capítulo IV – Curtos-circuitos em instalações elétricas industriais Autor: João Mamede Filho - Dimensionamento preliminar dos circuitos - Cálculos das correntes de curto-circuito
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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO - OS MELHORES PROJETOS As concessionárias de energia investem, necessariamente, uma parcela de sua receita líquida em pesquisa e desenvolvimento. O objetivo deste fascículo é dar luz a alguns dos melhores projetos, considerando inovação, viabilidade e resultados obtidos. Nesta edição, saiba detalhes sobre a elaboração de uma nova metodologia para quantificação das perdas técnicas em sistemas de distribuição.
Capítulo IV – Metodologia para agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas em medidores de qualidade da energia elétrica Autores: Guilherme Leal Xavier e José Rubens Macedo Junior - Desenvolvimento analítico - Implementação do método em medidor de parâmetros de QEE - Medições reais
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA - PLANEJAMENTO E EXECUÇÃO O intuito deste fascículo é discutir eficiência energética e sua importância para a segurança energética e para a construção de um país mais sustentável. Serão oito artigos, que contam com a curadoria do professor Danilo Ferreira de Souza, da Universidade Federal de Mato Grosso, e que tratam de temas, como avaliação de ciclo de vida, sistemas de condicionamento ambiental, impactos da MP 998, sistemas motrizes e outros. Nesta edição:
Capítulo IV – Eficiência energética em edificações Autores: Emeli Lalesca Aparecida da Guarda e Martin Ordenes Mizgier - Histórico da demanda energética para refrigeração de ambientes - Programa de etiquetagem vigente
Fascículos
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Instalações elétricas de média e alta tensão Por João Mamede Filho*
Capítulo IV
Curtos-circuitos em instalações elétricas industriais
Logo após a definição do diagrama unifilar básico do projeto
repetir o processo para todos os circuitos até que sejam atendidos
de uma instalação elétrica industrial, o projetista deve iniciar o
os critérios de capacidade de corrente de carga (corrente de projeto)
processo de conexão com o sistema da concessionária responsável
e da queda de tensão. Como último passo para definir a seção do
pelo suprimento da região onde será construído o empreendimento.
condutor deve-se calcular a corrente de curto-circuito que por ele
Primeiramente deve ser solicitado à concessionária um documento
irá circular e verificar se a seção desse condutor está compatível.
denominado de AVT – Avaliação de Viabilidade Técnica, no qual
Para isso, desenvolveremos o processo de cálculo das correntes de
a concessionária informará ao empreendedor que seu sistema está
curto-circuito, não somente para atender o dimensionamento da
tecnicamente capaz de realizar a conexão ou que, para isso, será
seção condutor, mas para definir a especificação de disjuntores,
necessária a realização de obras, tais como o recondutoramento do
chaves, barramentos, transformadores de corrente, etc.
Fascículo
alimentador ou outras melhorias.
Vale salientar que as impedâncias utilizadas para o cálculo das
Considerando o caso de a rede da concessionária estar
correntes de curto-circuito serão utilizadas também no cálculo da
tecnicamente capacitada a fornecer energia ao empreendimento,
queda de tensão de partida dos motores elétricos, assunto este que
deve-se solicitar à concessionária as impedâncias de sequência
será abordado no próximo artigo desta série.
positiva e zero do seu sistema supridor. Na maioria das vezes, a
Após definida a potência nominal do(s) transformador(es),
concessionária já informa esses valores de impedância ao solicitante
o projetista já possui elementos necessários para implementar
na AVT.
o cálculo das correntes de curto-circuito em todos os pontos
É interessante que o projetista inicie o projeto da subestação
considerados de interesse. Para subestações industriais atendidas
e da rede de baixa tensão (para pequenas indústrias) ou da rede
em média tensão, entre 13,8 a 34,5 kV, os pontos de interesse
interna de média tensão e baixa tensão (para médias e grandes
são: [i] ponto de conexão do empreendimento com a rede da
indústrias), com o dimensionamento preliminar dos circuitos
concessionária (PC) ou Ponto de Entrega (PE); [ii] barramento
(cabos ou bus-way) definindo os respectivos comprimentos desses
do Quadro Geral de Força (QGF), normalmente instalado muito
circuitos, utilizando somente o processo da corrente de carga.
próximo ao(s) transformador(es) da subestação; [iii] barramento
No passo seguinte, o projetista confere se a seção do condutor,
dos Centros de Controle dos motores (CCM); (iv) terminais dos
previamente calculada, satisfaz à queda tensão em cada circuito
motores; e [v] terminais dos Quadros de Luz (QLs). Na Figura 1
e que aconselhamos não superar o valor de 5%, ou outro valor
indicamos esses pontos relevantes.
menor ou maior, lembrando que a ABNT NBR 5410 – Instalações
Percebe-se
que
nesses
pontos
são
obrigatoriamente
Elétricas de Baixa Tensão estabelece como limite o valor de 7%.
instalados dispositivos de proteção (fusíveis, disjuntores e relés)
Caso algum circuito não atenda ao limite de queda de tensão
e de dispositivos de manobra (chaves e contactores). O primeiro
estabelecido inicialmente, a seção do condutor deve ser alterada e
elemento de proteção deve ser instalado logo após a medição de
17
faturamento que é o disjuntor de entrada do alimentador. No
industrial de médio e grande portes o número de pontos nos quais
QGF, baixa tensão, normalmente são dimensionados disjuntores
devam ser conhecidas as correntes de curto-circuito é extremamente
tripolares, tanto para a proteção secundária do(s) transformado(es)
elevado e o cálculo manual nem sempre é a melhor solução.
como para a proteção dos circuitos dos CCMs e QDLs. No
A corrente de curto-circuito pode ocorrer entre as três fases,
barramento desses quadros elétricos normalmente são instalados
entre duas fases, entre duas fases e terra e entre uma fase e a terra;
disjuntores termomagnéticos ou eletrônicos, tanto nos terminais de
neste último caso, pode ser calculada sem considerar a contribuição
entrada dos circuitos como nos terminais de saída dos circuitos que
da malha de terra e da resistência de contato (curto-circuito fase e
alimentam as cargas (motores, cargas resistivas, etc.) nos quais são
terra máximo); pode ser calculada com a contribuição da malha
utilizados contactores associados aos respectivos relés térmicos e os
de terra (curto-circuito fase e terra mínimo), e também com a
fusíveis de proteção, ou então utilizar disjuntores. Já nos terminais
contribuição da malha de terra e da resistência de contato cujo
dos motores que vêm agregados às máquinas operatrizes, muitas
valor médio normalmente adotado é de 40 Ω, valor este que foi
vezes, existem painéis de comando e proteção.
resultado de pesquisas realizadas por organizações nacionais e
A corrente de curto-circuito em qualquer instalação elétrica
internacionais, mas que pode variar consideravelmente a depender
para qualquer nível de tensão é fundamental, não somente
da superfície de contato do cabo defeituoso. Se o contato do cabo
para uso nos estudos de ajuste da proteção, mas também para o
ocorrer no interior da bandeja metálica empregada para a sua
dimensionamento e especificação dos equipamentos instalados em
instalação, a resistência de contato tende à nulidade. No entanto, se
qualquer tipo de subestação e nos cubículos.
o contato do cabo ocorrer no interior de uma canaleta de concreto,
Assim, todos os ajustes dos relés ou quaisquer outros
a resistência é bem elevada, mas cujo valor também depende se a
dispositivos de proteção são obtidos fundamentalmente para
superfície da canaleta está ou não umedecida. Portanto, observa-se
atender à proteção dos cabos, barramentos, chaves seccionadoras,
que a resistência de contato tem um valor imprevisível.
disjuntores, transformadores, banco de capacitores, etc. Existem
Além dos softwares existentes também se pode elaborar
vários programas de aplicação para o cálculo das correntes de
uma planilha de cálculo utilizando o Excel, a partir do arranjo
curto-circuito que agilizam o processo. Em uma instalação elétrica
da instalação. Em qualquer situação, o projetista deve conhecer
18
Instalações elétricas de média e alta tensão o processo que é o nosso assunto principal. Para isso, iremos
valor da corrente em pu pelo valor da corrente base.
fornecer um diagrama unifilar visto na Figura 2 que é o documento de projeto mais importante de uma instalação elétrica. Para o
Para melhor entendimento do desenvolvimento de cálculo das
entendimento do exemplo de aplicação a ser desenvolvido para
correntes de curto-circuito, consideramos o arranjo da indústria
uma instalação elétrica industrial de média tensão, que constitui
representada na Figura 1 e o diagrama unifilar correspondente
a grande maioria das instalações industriais existentes, o leitor já
mostrado na Figura 2. Os dados necessários para o cálculo da
deve ter conhecimento teórico básico sobre o assunto.
corrente de curto-circuito são: [i] tensão nominal primária:
Adotaremos para o cálculo das correntes de curto-circuito o
Vnp = 13,8kV; [ii] tensão nominal secundária: Vns = 380 V; [iii]
método por unidade, o mais utilizado, devido à sua simplicidade,
impedância de sequência positiva do sistema de suprimento:
em que se adota uma base única de potência para todos os valores
Zsp = 0,0136 + j0,3478 pu informada pela concessionária; [iv]
de impedância. As equações a serem utilizadas são:
impedância de sequência zero do sistema de suprimento informada pela concessionária: Zsz = 0,1235 + j1,8184 pu ; [v] potência base
, sendo Vb a tensão nominal do sistema
dos valores de impedância fornecidos pela concessionária: 100
para o qual se está calculando as correntes de defeito. Em média
MVA. O projetista poderá utilizar outro valor de sua conveniência
• Corrente base:
tensão Vb = 13,80kV e na baixa tensão Vb = 0,38kV, ou seja, sempre
desde que faça as devidas conversões de base; [vi] impedância
que houver mudança do nível de tensão, o valor de Vb deve ser
percentual do transformador: Zpt = 6%; [vii] potência nominal do
alterado. Pb é potência base admitida e deve ser utilizada ao longo
transformador: 1.500 kVA; [viii] resistência da malha de terra: 5 Ω;
de todo o cálculo.
[ix] impedância de contato do cabo com uma superfície: 40 Ω; [x]
• Corrente de curto-circuito simétrica trifásica:
, sendo
comprimento do circuito entre o QGF e o CCM4: 120 m.
Zsp a impedância de sequência positiva dos cabos e transformador: Zsp = Rsp + jXsp, sendo Rsp e Xsp a resistência e a reatância dos condutores e transformadores e reatores. • Corrente de curto-circuito assimétrica trifásica: Icas = Ics
x
Fa,
sendo Fa o fator de assimetria que pode ser calculado por: em que o valor de t = 0,00416 s, que corresponde ao tempo para a corrente de defeito atingir o primeiro ¼ de ciclo. Já o valor de
, sendo Xsp e Rsp os valores de resistência
e reatância de sequência positiva acumulados desde a fonte de geração até o ponto de defeito. • Corrente de curto-circuito simétrica bifásica:
.
• Corrente de curto-circuito simétrica fase e terra, valor máximo:
Figura 1 – Planta baixa de uma indústria atendida em média tensão.
, em que o denominador é constituído pelas impedâncias de sequência positiva, negativa e zero dos cabos, transformadores, reatores e resistores inseridos no sistema. • Corrente de curto-circuito simétrica fase e terra, valor mínimo:
Fascículo
, em que o denominador é constituído pelas impedâncias vetoriais de sequência positiva, negativa e zero dos cabos e transformadores e é a resistência da malha de terra. • Corrente de curto-circuito simétrica fase e terra, valor mínimo minimorum:
, sendo a resistência
de contrato entre a parte condutora e a terra. Como já comentamos é muito difícil precisar o valor da corrente de curto-circuito faseterra mínima minimorum em virtude da longa faixa de variação que a resistência de contato pode assumir nos casos práticos. Logo, em geral, pode-se considerar somente a parcela da resistência da malha de terra, cujo valor pode ser obtido, com a necessária precisão, através dos processos de medição ou cálculo. • Para obter o valor da corrente em A ou kA basta multiplicar o
Figura 2 – Diagrama unifilar.
19
20
Instalações elétricas de média e alta tensão As correntes de curto no ponto PC são praticamente iguais
transformadores podem ser consideradas iguais à impedância de
às correntes de curto-circuito no primário do transformador.
sequência positiva. Já a impedância de sequência positiva e negativa
Considerando que o motor M de 300 cv/380 V (veja Figura 1) é muito
dos cabos são iguais, porém, muito diferentes da impedância de
próximo ao CCM4, podemos desprezar o efeito da impedância do
sequência zero.
circuito que conecta o CCM4 ao motor M. As impedâncias Zsp e
2.3 - Corrente de curto-circuito simétrica trifásica, valor eficaz, nos
Zsz fornecidas pela concessionária correspondem à impedância do
terminais secundários do transformador
sistema elétrico desde a fonte de geração de energia até o ponto da
• Corrente de curto-circuito trifásico:
rede de distribuição à qual será conectado o empreendimento.
Realizaremos o cálculo somente para o CCM4/motor M. 1 - Correntes de curto-circuito nos pontos de interesse da rede de
, em que é a impe
dância total de sequência positiva desde a fonte até o ponto de defeito.
média tensão (13,80 kV) 1.1 - Corrente de base 1.2 - Corrente de curto-circuito trifásica simétrica, no ponto PC
• Corrente de curto-circuito fase e terra, valor máximo
(veja Figura 2)
1.3 - Corrente de curto-circuito fase e terra simétrica, valor máximo, no ponto PC (veja Figura 2)
em que
são as impedâncias de sequência positiva,
negativa e zero do sistema até o ponto de defeito.
Como as impedâncias de sequência positiva e negativa do sistema são iguais, temos: Zsp +Zsn = 2 x Zsp, conforme indicado na equação anterior. (observar que as impedâncias de sequência positiva e negativa da concessionária são iguais)
ao CCM4/motor M
1.4 - Potência de curto-circuito trifásica no ponto PC
2 - Correntes de curto-circuito nos pontos da rede de baixa tensão (380 V)
2.4 - Impedância de sequência positiva do circuito que liga o QGF
Como a distância entre o transformador e o QGF é muito
pequena e os cabos normalmente têm seções muito elevadas,
Admitimos que a distância entre o CCM4 e o motor M é muito
pequena e, portanto, desprezaremos a impedância desse circuito. • Resistência de sequência positiva RuΩ = 0,0781 Ω/km (valor de catálogo do fabricante de cabos de 300 mm²)
desprezaremos a impedância desse circuito. 2.1 - Corrente de base
Fascículo
2.2 - Impedância do transformador • Resistência:
• Reatância sequência positiva
(na base Pnt )
XuΩ = 0,1068 Ω/km (valor de catálogo para cabos de 300 mm² de
(valor obtido do catálogo do fabricante)
acordo com método de instalação)
• Impedância na base: (na base Pb )
(valor fornecido no catálogo do
fabricante nas bases Pnt e Vnt) • Reatância:
(na base Pb)
• Impedância: Na prática, a impedância de sequência negativa e zero dos
2.6 - Corrente de curto-circuito simétrica trifásica, valor eficaz
21
2.7 - Corrente de curto-circuito assimétrica trifásica, barra do CCM4/motor:
, em que é
a constante de tempo e Rsp e Xsp são as resistências desde a fonte de geração até o ponto de defeito. • Fator de assimetria:
2.13 - Corrente de curto-circuito fase-terra mínima minimorun, valor eficaz - resistência contato: RΩct = 40 Ω
(corrente assimétrica de curto-circuito, valor eficaz) 2.8 - Impulso da corrente de curto-circuito (corrente de pico) 2.9 - Corrente de curto-circuito bifásico, valor eficaz
. O cálculo deve continuar considerando os barramentos de cada CCM e QDL. Seguem algumas aplicações práticas das correntes de curto-circuito: [i] a corrente de defeito fase e terra mínima minimorum (no presente caso, de valor igual a 4,8 A) é muito pequena e foge à proteção dos disjuntores normais de baixa tensão cuja corrente nominal e de disparo normalmente é igual ou superior a 10 A. Popularmente, essa corrente é chamada de corrente de fuga. A proteção contra essas correntes é feita pelos DPS
2.10 - Impedância de sequência zero do circuito que liga o QGF ao CCM4/motor M. RΩ0 = 1,8781 mΩ/m (valor de catálogo para cabos de 300 mm²)
(dispositivo de proteção diferencial-residual); [ii] a corrente de curtocircuito trifásica simétrica, valor eficaz, é aplicada no dimensionamento da capacidade de corrente de interrupção dos disjuntores, evitando a sua explosão quando não forem dimensionados adequadamente, e também no dimensionamento da capacidade térmica das chaves seccionadoras e dos cabos de energia; [iii] a corrente de curto-circuito fase e terra tem sua aplicação no ajuste dos relés de sobrecorrente digitais de neutro dos
XΩ0 = 2,4067 mΩ/m (valor de catálogo para cabos de 300 mm² de acordo com método de instalação)
sistemas de média e de baixa tensão (utilizado nos disjuntores eletrônicos); [iv] a corrente de curto-circuito fase e terra assimétrica, valor máximo, é aplicada no dimensionamento da seção dos condutores da malha de terra das subestações; [v] a corrente de curto-circuito assimétrica, valor de pico, é aplicada no dimensionamento da capacidade dinâmica das chaves seccionadoras e disjuntores, e no dimensionamento das forças eletromecânicas suportadas pelos barramentos das subestações de qualquer nível de tensão, e nos QGFs, CCMs e QDLs; (vi) a corrente de
2.11 - Corrente de curto-circuito simétrica fase e terra, valor máximo
curto-circuito assimétrica deve ser utilizada para verificar a saturação dos transformadores de corrente do sistema de proteção. No próximo artigo, iremos determinar a corrente de partida de motores elétricos de pequeno e grande portes e a indicação das chaves utilizadas para a mitigação da queda de tensão correspondente. Para o desenvolvimento desse cálculo será necessário o resultado do cálculo
(a impedância 0,1810 +j14,5140pu foi calculada no item 2.3). 2.12 - Corrente de curto-circuito fase-terra mínima, valor eficaz (resistência da malha de terra: RΩc = 5 Ω)
das impedâncias de sequência positiva aqui desenvolvidas. *João Mamede Filho é engenheiro eletricista e atualmente é diretor técnico da CPE - Estudos e Projetos Elétricos. Foi professor na Universidade de Fortaleza entre 1979 e 2012 e presidente da Nordeste Energia nos anos 1999 e 2000. É autor dos livros Manual de Equipamentos Elétricos (5ª Edição), Instalações Elétricas Industriais (9ª Edição), Proteção de Sistemas Elétricos de Potência (2ª Edi-ção) e Proteção de Equipamentos Eletrônicos Sensíveis (2ª Edição).
22
Pesquisa e Desenvolvimento Por Guilherme Leal Xavier e José Rubens Macedo Junior*
Capítulo IV Metodologia para agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas em medidores de qualidade da energia elétrica Introdução No âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento
de forma inequívoca que a circulação de correntes harmônicas nas
Tecnológico do Setor de Energia Elétrica, regulamentado pela
redes de distribuição, em todo o país, representa um incremento
Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), a Universidade Federal
de centenas de milhões de reais no custo das perdas técnicas da
de Uberlândia (UFU) e o Grupo Energisa firmaram acordo para
distribuição. Como consequência imediata dos resultados obtidos,
elaboração de uma nova metodologia visando a quantificação das
teve início um novo projeto, dessa vez em parceria com a Equatorial
perdas técnicas nos sistemas de distribuição, abordando aspectos
Maranhão Distribuidora de Energia Elétrica, no qual está sendo
físicos e elétricos não comtemplados pela regulamentação vigente
realizada a maior campanha de medição já realizada no país
sobre o assunto. Nesse sentido, as perdas técnicas da distribuição
visando a modelagem das cargas harmônicas da distribuição para
foram também quantificadas considerando-se a circulação de
estudos de quantificação das perdas técnicas.
correntes harmônicas nas redes de distribuição. Porém, para esse
Diante do exposto, este artigo tem como objetivo apresentar
propósito, tornava-se imperativa a modelagem (através da realização
o detalhamento e os resultados obtidos no desenvolvimento
de medições) das cargas da distribuição em termos de circulação
da metodologia de agregação temporal dos ângulos de fase das
de correntes com frequências harmônicas, de forma a ser possível a
componentes harmônicas.
condução de estudos de fluxo harmônico contemplando da forma mais fiel possível o comportamento das cargas harmônicas presentes no sistema. Dessa forma, o conhecimento do comportamento dos ângulos de fase das componentes harmônicas, associadas às cargas da
Fascículo
distribuição. Como resultado do projeto, foi possível demonstrar
Desenvolvimento analítico da metodologia para agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas
distribuição, se mostrou um aspecto chave para o sucesso da pesquisa.
Praticamente todos os medidores de parâmetros da Qualidade
Todavia, rapidamente constatou-se que nenhum dos medidores
da Energia Elétrica, disponíveis comercialmente, baseiam-se
de parâmetros de qualidade da energia elétrica disponíveis
em protocolos e procedimentos estabelecidos nas normas IEC
no mercado dispunha de uma metodologia para apresentação
61.000-4-7 e IEC 61.000-4-30. Essas normas, por sua vez, abordam
desses ângulos de fase de forma agregada em cada intervalo de
apenas a medição das amplitudes das tensões e das correntes
medição de 10 minutos. Como consequência imediata dessa
harmônicas, sem nenhuma consideração quanto aos ângulos de
dificuldade técnica, os pesquisadores da UFU, de forma paralela
fase das componentes harmônicas das tensões e/ou das correntes
ao escopo original do projeto, desenvolveram uma metodologia
harmônicas.
para agregação temporal dos ângulos de fase das componentes
Esta seção tem por objetivo apresentar uma metodologia para
harmônicas, a qual, através do apoio por parte de um fabricante de
realizar a agregação temporal dos ângulos de fase das componentes
medidores (Sigmasys Engenharia), foi devidamente implementada
harmônicas de tensão e de corrente, a qual se encontra embasada
em um medidor disponível comercialmente. Como resultado da
no fluxo de energia harmônica dentro do intervalo de tempo da
metodologia, chegou-se ao desenvolvimento de técnicas mais
medição. Isto representa que, calculando o fluxo de potência
aprimoradas (e realistas) para quantificação das perdas técnicas na
através das amplitudes agregadas de tensões e correntes
23
Figura 1 - Estrutura geral para instrumentos de medição, adaptado da IEC 61000-4-7, considerando a agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas.
harmônicas, conforme protocolos apresentados nas normas da
forma sucinta, adicionou-se 3 novos blocos à estrutura geral
IEC (International Electrotechnical Commission), juntamente com
para instrumentos de medição apresentada na IEC 61.000-4-
os ângulos de fase também agregados, conforme metodologia aqui
7. Estes 3 novos blocos são referentes às etapas de: (1) definição
apresentada, resultará no fluxo de potência real visto pelo sistema
da referência, (2) agrupamento e (3) agregação dos ângulos de
elétrico no ponto de medição.
fase das componentes harmônicas. Na Figura 1 é apresentada a
Para que um medidor realize a agregação dos ângulos de fase
nova estrutura para instrumentos de medição com as adaptações
das componentes harmônicas é necessário fazer uma adaptação
necessárias para realizar as agregações dos ângulos de fase das
na estrutura original apresentada na norma IEC 61.000-4-7. De
componentes harmônicas (etapas destacadas).
24
Pesquisa e Desenvolvimento O primeiro bloco inserido, referência dos ângulos, tem como
ϕ'Ih = ângulo de fase das componentes harmônicas de corrente
entrada os dados de saída da Transformada Discreta de Fourier
corrigido de acordo com a referência adotada;
(TDF), sendo que, para cada intervalo de 12 ciclos, tem-se os valores
ϕV1 = ângulo de fase da tensão fundamental da fase A de cada janela
referentes às amplitudes e aos ângulos de fase para cada componente
de 12 ciclos.
espectral de ordem h. Estes valores estão disponibilizados na saída 1 da Figura 1 e podem ser representados na forma fasorial de acordo com (1) e (2), respectivamente para tensão e corrente harmônicas. (1) (2)
Os cálculos realizados no segundo bloco, agrupamento dos ângulos de fase, seguem em duas vias distintas, sendo uma para determinação dos ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão e uma outra para a corrente. O agrupamento realizado para os ângulos deve ser realizado adotando a criação dos grupos ou subgrupos harmônicos e inter-harmônicos, assim como já
Em que: Vh = amplitude das tensões harmônicas de ordem h resultantes da janela de 12 ciclos; ϕVh = ângulo de fase das tensões harmônicas de ordem h resultantes da janela de 12 ciclos; Ih = amplitude das correntes harmônicas de ordem h resultantes da janela de 12 ciclos; ϕIh = ângulo de fase das correntes harmônicas de ordem h resultantes da janela de 12 ciclos;
é recomendado para as amplitudes. O agrupamento para as amplitudes permanece conforme recomendações da IEC 61.0004-30. Para os ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão, o agrupamento deve ser realizado através da soma fasorial, conforme apresentado em (5) e (6), respectivamente para o grupo e subgrupo. Os ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão, para os grupos ou subgrupos, são os argumentos dos resultados das somas fasoriais.
h = ordem harmônica da componente espectral.
(5)
Para determinação dos ângulos de fase das componentes harmônicas é necessária a adoção de uma referência para os ângulos.
(6)
O objetivo desta referência é obter uma melhor interpretação dos resultados e, assim, evitar imprecisões devido às variações da frequência do sistema. A recomendação para referência é manter o ângulo de fase da tensão fundamental na fase A igual a zero em cada janela da TDF de 12 ciclos. Fazendo isto, a referência estará
Em que: = grupo das componentes harmônicas associado a ordem harmônica igual a n; = subgrupo das componentes harmônicas associado a ordem
sendo ressincronizada a cada intervalo de 12 ciclos. Desta forma,
harmônica igual a n;
para cada intervalo de tempo de 12 ciclos, os ângulos provenientes
n = ordem harmônica referente ao agrupamento das componentes
da Saída 1 (Figura 1), tanto das tensões quanto das correntes
harmônicas (resolução espectral igual a 60 Hz).
harmônicas, devem ser ajustados de forma que o ângulo de fase da Por outro lado, os agrupamentos dos ângulos de fase das
Fascículo
tensão fundamental da fase A seja igual a zero. Cada componente harmônica possui diferentes escalas de tempo
componentes harmônicas de corrente são realizados utilizando as
para os ângulos de fase, ou seja, cada fasor está a uma velocidade
energias harmônicas resultantes de cada janela de 12 ciclos, as quais
angular proporcional a h vezes a frequência fundamental. Desta
são determinadas através das potências harmônicas ativa e reativa
forma, ao considerar uma mudança na referência dos ângulos
definidas conforme (7) e (8), respectivamente.
de fase da frequência fundamental (0°), os ângulos de fase, tanto
(7)
para as tensões quanto para as correntes harmônicas, devem ser ajustados de acordo com sua respectiva frequência, conforme
(8)
apresentado em (3) e (4). (3) (4) Em que: ϕ'Vh = ângulo de fase das componentes harmônicas de tensão corrigido de acordo com a referência adotada;
Em que: Ph = potência harmônica ativa de ordem h da janela de 12 ciclos; Qh = potência harmônica reativa de ordem h da janela de 12 ciclos. As energias harmônicas resultantes de cada janela de 12 ciclos, ou seja, considerando o intervalo de tempo, corresponde a 0,2 segundos, são definidas de acordo com (9) e (10).
25
Em que:
(9)
ϕVag,n = ângulo de fase das componentes harmônicas de tensão agregado;
(10)
= fasor de tensão harmônica após a realização do agrupamento.
Em que: EA,h = energia harmônica ativa de ordem h referente a janela de 12 ciclos; ER,h = energia harmônica reativa de ordem h referente a janela de 12 ciclos; Δt1 = intervalo de tempo referente a janela de 12 ciclos (0,2 segundos);
Por outro lado, tratando-se das correntes harmônicas, a agregação dos ângulos de fase tem como fundamento o fluxo de energia harmônica resultante durante o intervalo de tempo definido para agregação (180 ciclos, 10 minutos ou 2 horas). Assim, os fluxos das energias resultantes são definidos pelo somatório das energias harmônicas ativa e reativa referentes às janelas de 12 ciclos agrupadas, durante o intervalo de tempo estabelecido para a
Na sequência, o agrupamento prossegue a partir do somatório
agregação, conforme (16) e (17), respectivamente. (16)
das energias harmônicas, conforme (11) e (12) para formação dos grupos e (13) e (14) para os subgrupos.
(17) (11)
Em que: Eag A,n = energia harmônica ativa agregada de ordem n;
(12)
(13) (14)
Eag R,n = energia harmônica reativa agregada de ordem n; Os ângulos de fase agregados para cada componente harmônica de corrente são definidos conforme (18), onde o sinal referente ao ângulo de desfasamento entre a tensão e a corrente harmônicas (θag,n) é definido de acordo com a energia harmônica reativa (19). (18)
Em que: EA g,n = grupo da energia harmônica ativa de ordem n referente a janela de 12 ciclos; ER g,n = grupo da energia harmônica reativa de ordem n referente a janela de 12 ciclos; EA sg,n = subgrupo da energia harmônica ativa de ordem n referente a janela de 12 ciclos;
(19)
ER sg,n = subgrupo da energia harmônica reativa de ordem n referente a janela de 12 ciclos; Uma vez realizado o agrupamento, passa-se então para o terceiro bloco referente às agregações dos ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão e de corrente. Assim como no caso do agrupamento, os cálculos necessários para realizar as agregações também continuam de forma distinta. Os ângulos de fase agregados para as tensões harmônicas são determinados pelos ângulos resultantes das somas fasoriais das tensões harmônicas, após a realização dos agrupamentos, conforme apresentado em (15).
Em que: ϕIag,n = ângulo de fase das componentes harmônicas de corrente agregado; ϕVag,n = ângulo de fase das componentes harmônicas de tensão agregado; θag,n = defasamento angular entre a tensão e a corrente harmônica agregado; Vag,n = amplitude eficaz da tensão harmônica agregada; Iag,n = amplitude eficaz da corrente harmônica agregada; Δt2 = intervalo de tempo referente a agregação temporal, onde os valores padronizados são: 180 ciclos, 10 minutos e 2 horas. Para melhor interpretação da metodologia proposta, é
(15)
apresentado na Figura 2 um fluxograma com a sequência de etapas apresentadas para realização da agregação temporal dos ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão e de corrente.
26
Pesquisa e Desenvolvimento incialmente, com uma série de testes em ambiente controlado. Para realização dos testes utilizou-se uma fonte programável (tensão e corrente) modelo CMC 256 plus fabricada pela Omicron Electronics Corp, que possui 4 canais de tensão (4 x 0 ... 300 V) e 6 canais de corrente (6 x 0 ... 12,5 A), ambos com precisão garantida de erro menor que 0,04%. Em todos os testes realizados adotou-se a conexão trifásica da fonte programável. Utilizando esta fonte controlada, o usuário tem a liberdade de programar a forma de onda desejável para a tensão e para a corrente, ambas de forma independente, possibilitando assim, simular diferentes fontes de tensões e diferentes tipologias de cargas não-lineares. As grandezas programáveis são as amplitudes e os ângulos de fase para cada ordem harmônica, podendo ainda, variar essas grandezas ao longo do período selecionado para o teste. Figura 2 - Fluxograma para determinação dos ângulos de fase das tensões e das correntes harmônicas.
Implementação da metodologia desenvolvida em um medidor de parâmetros de qualidade da energia elétrica
Na Figura 4 é apresentada a estrutura laboratorial utilizada para a realização dos testes, na qual o medidor sob avaliação é conectado à fonte programável através das ponteiras de tensão (medição direta) e dos transformadores de corrente (TC) do tipo split com corrente primária de até 100 A.
Após demonstrar todo o desenvolvimento analítico da metodologia para realização das agregações temporais dos ângulos de fase das componentes harmônicas, apresenta-se a implementação desta técnica em um medidor comercial. Por meio do apoio oferecido pelo fabricante de medidores Sigmasys Engenharia, a metodologia desenvolvida pela UFU foi implementada em um de seus medidores de parâmetros de qualidade da energia elétrica. Na
Fascículo
Figura 3 é apresentado o medidor juntamente com seus acessórios.
Figura 4 - Estrutura laboratorial de testes do medidor.
Para avaliar o desempenho do medidor, no que diz respeito às agregações de 10 minutos dos ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão e de corrente, procedeu-se com dois testes em laboratório (Teste I e Teste II). No Teste I manteve-se as grandezas referentes às amplitudes e aos ângulos de fase constantes durante o Figura 3 - Analisador de Qualidade da Energia Elétrica contemplando a metodologia UFU de agregação de ângulos de fase de componentes harmônicas.
Testes de desempenho do medidor em laboratório
intervalo de 10 minutos de medição. Para o Teste II, considerou-se variações nas amplitudes e nos ângulos de fase durante o intervalo de 10 minutos de medição. Foram considerados dois conjuntos de dados (Intervalo A e Intervalo B), sendo que a cada período de 1 minuto a
Para avaliar a performance do medidor, principalmente
fonte fornecia um intervalo. Desta forma, ao longo dos 10 minutos
do ponto de vista da metodologia implementada, procedeu-se,
de medição, o sinal referente ao intervalo A permaneceu durante 5
27
28
Pesquisa e Desenvolvimento minutos e o mesmo aconteceu para o intervalo B, porém os mesmos
sendo a 3ª, 5ª e 7ª ordens harmônicas, representando componentes
foram se alternando a cada minuto.
de sequências zero, negativa e positiva. Por se tratar de um teste com
O primeiro teste tem como objetivo avaliar a exatidão do medidor,
grandezas variáveis, os valores ditos como Padrão para este teste em
verificando se as agregações dos ângulos de fase estão sendo realizadas
específico foram obtidos de forma teórica, ou seja, os mesmos foram
em conformidade com a metodologia apresentada. O segundo teste
calculados conforme a metodologia apresentada anteriormente,
tem como objetivo avaliar a agregação dos ângulos de fase para sinais
utilizando os dois intervalos considerados.
variáveis dentro da janela de agregação de 10 minutos, assim como é comumente verificado em instalações reais.
Analisando-se os ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão, a maior diferença angular verificada foi de 0,07⁰ para a 3ª ordem
Nas Tabelas I e II são apresentados os desvios de medição para os ângulos de fase das componentes harmônicas de tensão e de corrente verificados nos Teste I e II respectivamente. A coluna denominada como “Padrão” é referente às grandezas programadas na fonte de potência, enquanto que na coluna denominada “Medido” estão apresentados os valores fornecidos pelo medidor em teste. Para avaliar o desempenho do medidor, em cada ordem harmônica, tem-se a coluna “Desvio”, a qual apresenta a diferença angular entre os ângulos de fase registrados em relação àqueles denominados como referência. Tabela 1 – Teste I: Ângulos de fases das componentes harmônicas de tensão e de corrente fixas durante os 10 minutos de medição
TENSÃO CORRENTE Grandeza Padrão Medido Desvio Padrão Medido Desvio
harmônica, enquanto que para o caso das correntes harmônicas, o maior desvio verificado foi de 0,30⁰ para a 5ª e 7ª ordens harmônicas. Tabela 2 – Teste II: Ângulos de fases das componentes
harmônicas de tensão e de corrente com variação ao longo dos
Grandeza Intervalo A
10 minutos de medição
Intervalo B
Padrão Medido Desvio
ϕV3
90,00º
110,00⁰
94,96⁰
ϕV5
180,00⁰
150,00⁰
175,13⁰ 175,10⁰ -0,03⁰
ϕV7
30,00⁰
330,00⁰
27,00⁰
ϕI3
240,00⁰
190,00⁰
223,59⁰ 223,67⁰ 0,08⁰
ϕI5
20,00⁰
140,00⁰
47,05⁰
ϕI7
300,00⁰
150,00⁰
294,85⁰ 295,15⁰ 0,30⁰
95,03⁰ 26,96⁰ 47,35⁰
0,07⁰ -0,04⁰ 0,30⁰
Com os desvios verificados nestes dois testes em ambiente
ϕ2
180,00⁰ 180,03⁰
0,03⁰
30,00⁰
30,28⁰
0,28⁰
controlado, utilizando sinais de tensões e de correntes harmônicas
ϕ3
330,00⁰ 330,00⁰
0,00⁰
160,00⁰ 160,32⁰
0,32⁰
fixos e variáveis ao longo do tempo, o medidor apresentou desvios para
ϕ4
250,00⁰ 250,06⁰
0,06⁰
250,00⁰ 250,43⁰
0,43⁰
os ângulos de fase considerados aceitáveis para a aplicação em campo.
ϕ5
270,00⁰ 269,99⁰ -0,01⁰ 300,00⁰ 300,39⁰
0,39⁰
ϕ6
30,00⁰
0,53⁰
ϕ7
180,00⁰ 179,99⁰ -0,01⁰
30,01⁰
ϕ8
90,00⁰
ϕ9
130,00⁰ 130,01⁰
89,90⁰
0,01⁰
230,00⁰ 230,53⁰
Medições reais
0,56⁰
Após validação laboratorial do medidor, com a metodologia
-0,10⁰ 330,00⁰ 330,33⁰
0,33⁰
proposta devidamente embarcada no mesmo, esta seção está
0,01⁰
45,00⁰
45,67⁰
0,67⁰
direcionada para o uso do medidor em campo. Assim, será
0,00⁰
0,56⁰
ϕ10
0,00⁰
0,15⁰
0,15⁰
100,00⁰ 100,76⁰
0,76⁰
apresentado os resultados obtidos a partir de uma medição
ϕ11
50,00⁰
50,01⁰
0,01⁰
150,00⁰ 150,82⁰
0,82⁰
realizada durante 7 dias consecutivos em um consumidor do tipo
ϕ12
120,00⁰ 119,88⁰ -0,12⁰ 110,00⁰ 110,51⁰
0,51⁰
industrial conectado à rede elétrica em média tensão.
335,00⁰ 335,83⁰
0,83⁰
Os resultados desta medição serão apresentados na forma de
ϕ14
240,00⁰ 239,80⁰ -0,20⁰ 240,00⁰ 241,65⁰
1,65⁰
gráficos em coordenadas polares, onde cada ponto no plano representa
ϕ15
300,00⁰ 300,01⁰
0,76⁰
a extremidade de um fasor de tensão ou de corrente, para cada
ϕ13
0,00⁰
0,00⁰
0,00⁰ 0,01⁰
330,00⁰ 330,76⁰
Fascículo
ordem harmônica, com origem no centro do sistema de coordenadas Para o Teste I, considerando os ângulos de fase agregados das
polares. Cada fasor foi construído utilizando as amplitudes agregadas
componentes harmônicas de tensão, verificou-se o maior desvio para a
conforme a norma IEC 61.000-4-30, juntamente dos ângulos de fase
tensão harmônica de 14ª ordem, com uma diferença angular de -0,20⁰.
agregados conforme metodologia aqui apresentada, ambos para o
No caso dos ângulos de fase das componentes harmônicas de corrente,
intervalo de tempo igual a 10 minutos. Desta forma, será apresentado
quando comparados com os de tensão, apresentaram desvios superiores.
um plano de coordenadas polares para a tensão harmônica, sendo
Este fato pode ser justificado visto que as medições das tensões são
adotada como referência a tensão na frequência fundamental, e um
realizadas de forma direta, enquanto que as medições das correntes são
outro para a corrente harmônica de mesma ordem. Neste caso, a
de forma indireta, com uso de transformadores de corrente, os quais
referência será a tensão harmônica de mesma frequência da corrente.
apresentam erros intrínsecos na transdução de ângulos de fase. Assim
Para retratar melhor a densidade dos pontos dentro de uma “nuvem
como para o caso das tensões harmônicas, a maior diferença angular
de dados”, adotou-se a representação em “mapa de calor”, na qual
registrada para os ângulos de fase das componentes harmônicas de
utiliza-se uma escala de cores para evidenciar a quantidade de pontos
corrente foi para a 14ª ordem, com um desvio de 1,65⁰.
em uma determinada região. A escala de cores segue na sequência do
Para o Teste II considerou-se apenas 3 frequências harmônicas,
azul passando pelo verde e amarelo até chegar ao vermelho, onde as
29
menores ocorrências são na cor azul e as maiores são representadas
do dia, na Figura 6 são apresentadas as amplitudes e os ângulos de
na cor vermelha.
fase para a 3ª, 5ª e 7ª ordens harmônicas, os quais são referentes apenas a 1 dos 7 dias de medição. De acordo com a Figura 6(b),
Instalação industrial atendida em média tensão A unidade industrial monitorada encontra-se conectada a uma rede com tensão nominal de linha igual a 13,8 kV. A medição foi realizada com auxílio de transformadores de potencial (13.800V/115V) e de corrente (100A/5A) de uso exclusivo da unidade consumidora.
as maiores variações verificadas ocorreram para os ângulos de fase da componente de 3ª ordem harmônica, assim como verificado anteriormente na Figura 5(b).
Conclusão O trabalho aqui desenvolvido concentrou-se na apresentação de uma
Os resultados obtidos para as tensões e para as correntes harmônicas
metodologia para agregação dos ângulos de fase das componentes harmônicas
da instalação industrial estão apresentados na Figura 5. As amplitudes
para um intervalo de tempo específico de medição. Esta metodologia é baseada
das tensões de 3ª ordem harmônica apresentaram magnitudes inferiores
no fluxo de energia harmônica real no ponto de medição. Com isso, utilizando
às de 5ª e 7ª ordens harmônicas, fato que pode ser atribuído ao tipo de
os dados obtidos através de medições, é possível representar de forma fidedigna
conexão do transformador, neste caso delta-estrela.
o comportamento físico real no ponto de medição. Todo o desenvolvimento matemático foi apresentado, o qual consiste em duas vias de cálculo, sendo uma para as agregações dos ângulos de fase das tensões harmônicas e uma outra para as correntes harmônicas. A metodologia apresentada foi implementada em um analisador de parâmetros de Qualidade da Energia Elétrica disponível comercialmente. Através de testes laboratoriais, em ambiente controlado, o medidor apresentou resultados em conformidade com o sinal programado na fonte padrão, tornando o medidor apto para utilização em campo. Assim, realizou-se uma medição em campo com objetivo de verificar o comportamento dos ângulos de fase das componentes harmônicas
Figura 5 - Medição de 24 horas na instalação industrial MT. (a), (b) e (c) tensões de 3ª, 5 ª e 7ª ordens harmônicas, (d), (e) e (f) correntes de 3ª, 5ª e 7ª ordens harmônicas, respectivamente.
Analisando-se as correntes harmônicas, pode-se verificar que, para a corrente de 3ª ordem harmônica, os registros predominaram em duas regiões distintas da Figura 5(d), representando um fluxo de potência harmônica ativa no sentido da carga para a fonte. Por outro lado, o fluxo de potência harmônica reativa apresentou-se com características ora indutiva, ora capacitiva. Para a 5ª ordem, o fluxo de potência harmônica ativa apresentou-se predominantemente no sentido da fonte para a carga, enquanto que para a 7ª ordem, o fluxo foi no sentido inverso, ou seja, da carga para a fonte. Para analisar as variações das correntes harmônicas ao longo
e, ainda, analisar os fluxos de potência harmônica em uma instalação elétrica do tipo industrial atendida em média tensão. Os resultados obtidos demostraram que os ângulos de fase para as componentes harmônicas de corrente apresentam comportamentos intrínsecos as cargas em operação. Em determinados instantes, de acordo com as cargas em funcionamento, os fluxos de potência harmônica ativa e reativa podem estar em sentidos diferentes conforme a ordem harmônica analisada, podendo inclusive, inverter de sentido em caso de mudança de carga. Finalmente, o trabalho desenvolvido mostrou que os ângulos de fase das componentes harmônicas, necessários para os estudos de fluxo de potência harmônica, podem ser obtidos através de medições. Neste sentido, utilizando-se medidores embarcados com a metodologia desenvolvida pela UFU, é possível a realização de campanhas de medição visando a caracterização das correntes harmônicas para as diversas classes de unidades consumidoras, tanto em termos de amplitudes quanto também de ângulos de fase, resultando na quantificação mais assertiva das perdas técnicas nas redes de distribuição de energia elétrica através de estudos fluxo de potência harmônica.
Figura 6 - Comportamento das correntes harmônicas registradas para a instalação industrial MT durante 24 horas de medição. (a) amplitude de 3ª harmônica, (b) ângulo de fase para 3ª harmônica, (c) amplitude de 5ª harmônica, (d) ângulo de fase para 5ª harmônica, (e) amplitude de 7ª harmônica e (f) ângulo de fase para 7ª harmônica.
*Guilherme Leal Xavier é graduado em engenharia elétrica pela UFU, com mestrado e doutorado pela mesma instituição. Atualmente é professor na UFV campus Rio Paranaíba. *José Rubens Macedo Jr. é graduado em engenharia elétrica pela UFU, com mestrado pela mesma instituição e doutorado pela UFES. Desenvolveu seu pós-doutorado no Worcester Polytechnic Institute WPI, Massachusetts, Estados Unidos. Atualmente é professor na UFU e coordenador do Laboratório de Distribuição de Energia Elétrica (LADEE).
30
Eficiência energética
Por Emeli Lalesca Aparecida da Guarda e Martin Ordenes Mizgier*
Capítulo IV Eficiência energética em edificações
Os edifícios são responsáveis por uma quantidade considerável
a demanda por ar condicionado para obter melhores condições
do uso total de energia. No cenário global, a construção civil é
térmicas aumentam. O relatório do IEA, “The Future of Cooling”,
responsável por 36% do uso final de energia e 39% dos gases de
destaca que entre o período de 1990 a 2016, as vendas anuais de ar
efeito estufa emitidos (IEA, 2019). Segundo a Empresa de Pesquisa
condicionado quadruplicaram para 135 milhões de unidades e, até
Energética (EPE, 2019), o consumo por eletricidade no Brasil
o final de 2016, cerca de 1,6 bilhão estavam em uso (IEA, 2018).
apresenta tendência de crescimento, com aumento em cerca de 50%
Fascículo
no período de 1995 a 2019.
Neste contexto, existem grandes diferenças na quantidade de condicionadores de ar instalados e vendas nos países, refletindo
Dentro do setor da construção civil, o residencial vem se
principalmente nas diferenças climáticas, economia e população.
destacando com maiores valores de consumo por eletricidade, sendo
Desta maneira, em 2016, os Estados Unidos têm a maior quantidade
que em 1995 apresentava valores de 63.576 GWh, aumentando em
de condicionadores instalados, cerca de 50%, sendo a maior parte
torno de 55% e o setor comercial apresenta valores de 32.276 GWh
no setor residencial (IEA, 2018).
em 1995 aumentando em torno de 65% em 2018 (EPE, 2019). Neste
No entanto, estes números estão diminuindo à medida em que
contexto, a demanda energética para refrigeração de ambientes
existe uma crescente nos países asiáticos. Em 2018, o Japão apresenta
aumentou 33% no período de 2010 a 2018 e 5% no período de
maior porcentagem de edifícios equipados com ar condicionado,
2017 a 2018, em níveis mundiais (IEA, 2018). No Brasil, em
subsequente dos Estados Unidos e Coreia e, em países com climas
2005, os chuveiros elétricos eram os principais responsáveis pelo
quentes, como o Brasil, África do Sul e Índia, apresentam cerca de
consumo energético, apresentando 22% deste consumo, seguidos
20% dos domicílios equipados com ar condicionado, no entanto,
dos refrigeradores (21%), iluminação (19%), televisores (17%) e
esta demanda está aumentando rapidamente (Figura 1) (IEA, 2018).
condicionadores (7%) (EPE, 2018a). Em
2017,
os
refrigeradores
tornam-se
os
principais
consumidores, sendo de 18%, seguidos dos televisores e chuveiros elétricos (15%) e condicionadores (14%) (EPE, 2018a). Assim, o consumo energético tem destaque para o condicionamento de ar, que por conta da ampliação de aquisição destes equipamentos pelas famílias brasileiras, será o principal responsável pelo consumo energético, sendo que passou de 7% em 2005 para 14% em 2017, apresentando um crescimento de 50%. Estima-se que o consumo de energia por condicionadores de ar em residências tenha aumentado cerca de 237% nos últimos 12 anos (EPE, 2018a). O crescente aumento populacional e, consequentemente um significativo acréscimo de habitações e aquisição de condicionadores,
Figura 1 - Porcentagem de domicílios equipados com ar condicionado, panorama mundial. Fonte: traduzido de IEA (2018)
31
Neste contexto, o atendimento das exigências mínimas de eficiência energética e o desempenho térmico podem resultar em desvinculação da utilização excessiva de equipamentos para refrigeração e iluminação, nem sempre acessíveis financeiramente à maioria da população. Assim, a eficiência energética em edificações visa proporcionar aos ocupantes de uma edificação condições ambientais adequadas com o mínimo de consumo energético. Devido ao cenário energético atual e ao elevado consumo de energia do setor de edificações, como mencionado anteriormente, a aplicação de medidas de eficiência energética se faz necessária para balancear a relação entre recursos naturais e demanda energética. Da mesma maneira, o conceito de sustentabilidade se baseia na eficiência energética com o máximo de conforto ambiental para o uso das edificações. A arquitetura hoje precisa ter a eficiência energética como um atributo essencial, buscando o retorno de um projeto mais bioclimático, porém, com a interação com sistemas de climatização para buscar um equilíbrio entre conforto e menor gasto energético. Portanto devem-se unir os conceitos de conforto ambiental e de eficiência energética na busca por normas e regulamentos que estabeleçam índices mínimos de bom desempenho das edificações. No Brasil há duas normativas e regulamentos técnicos que apresentam diretrizes construtivas e estratégias passivas de projeto de adequação ao clima da região em que a edificação está implantada: a ABNT NBR 15220 (2005), a ABNT NBR 15575 (2013), as quais tratam de desempenho térmico em edificações e os Regulamentos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais e para Comerciais, de Serviços e Públicas (RTQ-R e RTQ-C) (Inmetro, 2012). No contexto da eficiência energética, em 2001, com o decreto 4.059 que regulamentou a Lei 10.295, conhecida como Lei da Eficiência Energética, iniciam-se discussões sobre eficiência energética em edificações. A partir disso, desenvolveu-se o Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética (CGIEE) e no âmbito de edificações o “Grupo Técnico para Eficientização de Energia nas Edificações no País” (GT-Edificações). O GT-edificações foi criado com o objetivo de regulamentar e elaborar procedimentos para avaliação da eficiência energética das edificações brasileiras com o foco no uso racional da energia elétrica. Em 2003 o GT-Edificações criou o Procel Edifica para viabilizar as exigências do decreto de 2001. Já em 2005 o GT-Edificações criou então a Secretaria Técnica de Edificações (ST-Edificações) para discutir as questões técnicas envolvendo os indicadores de eficiência energética. Com a criação da Comissão técnica (CT Edificações) em 2006, o Inmetro passou a integrar o processo. É no CT Edificações que são discutidos e definidos os processos para obtenção da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE). Então, oito anos após a publicação
32
Eficiência energética
Figura 2 – Linha do tempo de etiquetagem de edificações no Brasil. Fonte: os autores.
da lei de eficiência energética, foi lançada a primeira versão do
Além disso, a etiqueta de eficiência energética, tanto para
RTQ-C e do RAC. O RTQ-R viria a ser lançado em 2009. A partir
edifícios comerciais ou residenciais, objetiva a redução de 30% a
do lançamento, novas portarias surgiram para complementar os
50% da energia utilizada, assim, incentivam a conservação e o uso
textos lançados inicialmente.
eficiente dos recursos naturais (água, luz, ventilação) nas edificações
Com o intuito de aprimorar a etiquetagem de edificações
reduzindo os desperdícios e os impactos ao meio ambiente (Thomé,
vigentes, no período de 2014 inicia-se a revisão dos métodos atuais
2016). Quanto tratamos da comparação de edifícios já etiquetados,
de etiquetagem. Em 2018 foi lançada a primeira versão da Instrução
um edifício de classificação “A” pode chegar a mais de 35% de
Normativa do Inmetro para classificação da eficiência energética de
economia comparado a um edifício de etiqueta (Lamberts, 2011).
edificações comerciais, de serviços, públicas e residenciais (INI-C e
Ainda segundo Lamberts, “é mais barato economizar energia do
INI-R). A INI-C teve sua versão final publicada em 2021, enquanto
que fornecê-la”, relacionando o fornecimento com a crise energética
a INI-R está em consulta pública.
e o esgotamento das fontes que deixa o custo de energia cada vez
Fascículo
Hoje vemos que o Brasil evoluiu muito na eficiência energética,
mais alto.
tanto na legislação, capacitação e conhecimento acumulado, quanto
A etiquetagem torna-se, assim, uma ferramenta importante
na necessidade da eficiência em vários setores. Essas medidas
na tomada de decisão na compra de um imóvel, permitindo
fizeram tanto sucesso que podem ser replicadas e ganhar novos
comparar os níveis de eficiência entre uma edificação e outra.
patamares, porém, precisam ser continuamente atualizadas e tentar
Nota-se que a etiquetagem das edificações traz para os usuários
alcançar cada vez mais pessoas.
do empreendimento benefícios como economia, maior conforto
Neste contexto, as medidas de eficiência energética, descritas
ambiental e comprometimento com o meio ambiente. Para as
nas instruções normativas, dependendo da forma e da sua
construtoras, a etiquetagem oferece a possibilidade de aumentar o
aplicação, poderão contribuir para as metas de um desenvolvimento
valor de seus empreendimentos e, para o país, entre os benefícios
sustentável, podendo implementar eficiência econômica, bem como
estão redução dos gastos energéticos e maior controle do uso de
melhorar a qualidade de vida dos ocupantes. Para obtenção de
suas fontes de energia.
melhores níveis de eficiência energética, os projetistas, construtores e proprietários de edifícios devem estar instruídos quanto aos
Referências
critérios mínimos utilizados, verificando o nível máximo de
• ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT).
eficiência energética nas edificações.
NBR 15.220-2: Desempenho térmico de edificações - Método de
33
Fascículo
Inovação em Distribuição de Energia
34
Eficiência energética cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso
nivel de eficiencia energética de edificios residenciais. Disponivel em:
térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações.
http://www.pbeedifica.com.br/sites/default/files/projetos/etiquetagem/
Rio de Janeiro, 2005.
residencial/downloads/Manual_RTQR_102014.pdf. Acesso: 10 de
• ABNT NBR 15.575-1: Edificações habitacionais - Desempenho -
julho de 2018
Requisitos gerais. Rio de Janeiro, 2013.
• LAMBERTS, Roberto. Desempenho térmico de edificações.
• EPE, Empresa de Pesquisa Energética. Consumo Nacional de Energia
Florianópolis: UFSC, 2011.
Elétrica na Rede por Classe: 1995-2018. 2018b. Disponível em:
• THOMÉ, B. 5 selos de sustentabilidade que agregam valor às suas
<https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/
obras, 2016.
Consumo-Anual-de-Energia-Eletrica-por-classe-nacional>.
Acesso
em: 20 maio. 2020.
*Emeli Lalesca Aparecida da Guarda é arquiteta e urbanista pela
• EPE, Empresa de Pesquisa Energética. Uso de Ar Condicionado
Universidade de Cuiabá, Mestre em Engenharia de Edificações
no Setor Residencial Brasileiro: Perspectivas e contribuições para o
e ambiental pela Universidade Federal do Mato Grosso (UFMT)
avanço em eficiência energética. Nota Técnica EPE 030/2018 -, [s. l.],
e Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Arquitetura
p. 43, 2018. a. Disponível em: <http://epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-
e Urbanismo (PosARQ/UFSC). Atualmente é pesquisadora do
dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-341/NT
Laboratório de Conforto Ambiental (LabCon/UFSC) e do Laboratório
EPE 030_2018_18Dez2018.pdf>
de Eficiência Energética em Edificações (LabEEE/UFSC). Compõe a
• EPE, Ministério de Minas e Energia. Anuário Estatístico de
equipe do projeto para implementação do novo método de avaliação
Energia Elétrica 2019. [s.l: s.n.]. Disponível em: <http://epe.gov.br/
da Eficiência Energética do Programa Brasileiro de Etiquetagem de
sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/
Edificações no âmbito do Programa Nacional de Conservação de
publicacao-160/topico-168/Anuário_2019_WEB.pdf>.
Energia Elétrica em parceria com a Eletrobrás e PBEEdifica. Atua
• IEA, International Energy Agency. 2019 global status report for
também como pesquisadora associada do Laboratório de Tecnologia e
buildings and construction: Towards a zero-emission, efficient and
Conforto Ambiental (LATECA/UFMT).
resilient buildings and constuction sector. [s.l: s.n.]. Disponível em:
Martin Ordenes Mizgier é engenheiro civil pela Universidade Pontifica
<https://webstore.iea.org/download/direct/2930?filename=2019_
Universidad Católica do Chile e Doutor em Engenharia Civil pela
global_status_report_for_buildings_and_construction.pdf>
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Atualmente é
• IEA, International Energy Agency. The Future of Cooling
professor associado no Departamento de Arquitetura e Urbanismo e
Opportunities for energy-efficient air conditioning Together Secure
professor credenciado no Programa de Pós-Graduação em Arquitetura
Sustainable. [s. l.], p. 92, 2018. Disponível em: <www.iea.org/t&c/>
e Urbanismo (PosARQ/UFSC). Pesquisador no Grupo de Pesquisa
• INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, QUALIDADE E
em Conforto Ambiental e Eficiência Energética na Arquitetura do
TECNOLOGIA (INMETRO). Requisitos técnicos da qualidade para
Laboratório de Conforto Ambiental (LabCon/ARQ).
Renováveis ENERGIAS COMPLEMENTARES
Ano 4 - Edição 54 / Maio-Junho de 2021
PROTEÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Recomendações para proteção de instalações com painéis alocados no solo COLUNA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA: Manifestação defende energia solar distribuída COLUNA ENERGIA EÓLICA: Dia Mundial do Vento e a transformação que queremos para o futuro COLUNA ENERGIA SOLAR: Menos termelétricas fósseis e redução na conta de luz de todos APOIO
35
Fascículo Proteção contra descargas atmosféricas em sistemas fotovoltaicos Por Ronaldo Kascher*
Capítulo IV 36
Proteção de sistemas fotovoltaicos contra descargas atmosféricas Recomendações para proteção de
instalações com painéis alocados no solo
Apresentamos a quarta publicação que tem por objetivo avaliar
as consequências das descargas atmosféricas no funcionamento dos sistemas fotovoltaicos e apresentar os métodos possíveis e recomendados para prover suas proteções.
O objetivo deste capítulo é complementar as recomendações para
a efetiva proteção das instalações fotovoltaicas com painéis alocados no solo, ou seja, das denominadas “fazendas solares” contra descargas atmosféricas diretas e próximas (fontes S1 e S2 – ABNT NBR 5419).
Nos três capítulos anteriores foram apresentadas as consequências
Figura 1 – Arranjo típico do sistema de aterramento de usinas fotovoltaicas no solo.
dos raios diretos em equipamentos de usinas fotovoltaicas, a base normativa para balizamento das soluções de proteção, um método simplificado para se estimar a quantidade de eventos de surtos devidos às descargas diretas nos equipamentos expostos em usinas fotovoltaicas, os cuidados no projeto de sistemas de captação de descargas que possibilitem a alocação dos equipamentos protegidos na ZPR 0B (NBR 5419), as estimativas dos ganhos que podem ser obtidos com investimentos em proteção e cuidados com a proteção em sistemas com painéis alocados no topo das estruturas .
O foco do presente capítulo é a análise das boas práticas de
proteção aplicáveis às usinas no solo, avaliando os recursos disponíveis para aumento do período estimado entre queimas produzidas pelos raios diretos e próximos.
O fato de estas usinas fotovoltaicas ocuparem grandes extensões
de terreno com lances de condutores elétricos CC e CA e de controle de grandes comprimentos cruzando o pátio de painéis diferencia bastante a contribuição de infraestruturas adequadas no bom desempenho destas instalações frente aos raios diretos e próximos, se as compararmos com as usinas de menor porte instaladas nos topos das estruturas.
O nível de corrente de curto-circuito no pátio CC da usina é muito
baixo, devido à característica da “V x I” dos painéis. Isto elimina a necessidade do uso de tramas de malhas com pequenas dimensões, como as usadas e subestações convencionais em 60 HZ que possuem altos níveis de corrente de curto-circuito para o controle dos potenciais perigosos. Os condutores CC ligam vários painéis em serie perfazendo as “strings” que fornecem energia elétrica aos inversores em tensões tipicamente entre 500 Vcc e 1kVcc, nas configurações mais comuns.
A este aterramento são conectadas todas as partes metálicas
passivas do pátio de painéis como, por exemplo, os suportes metálicos que sustentam os painéis, as massas dos armários de distribuição CC, os bastidores de equipamentos de supervisão e controle da usina, os mastros captores de descargas atmosféricas, caso o projeto de proteção faça opção por alocar os equipamentos de pátio em ZPR 0B, os DPS CC e de redes de comunicação, enfim, todos os equipamentos previstos para serem aterrados. Não devem ser instalados outros aterramentos isolados deste aterramento principal a bem da equalização de potenciais, inclusive, os aterramentos das eventuais subestações de
Considerações gerais quanto ao aterramento
elevação (380 V/13,8 kV ou 34,5 kV, tipicamente).
Resistencia elétrica e impedância de impulso do sistema de aterramento
O sistema de aterramento das usinas tipo fazendas solares se
presta a várias funções, sendo a principal a garantia da segurança humana incluindo profissionais alocados na instalação e dos usuários da energia gerada quanto a potenciais perigos que podem acarretar risco para as pessoas. Outra importante função do aterramento é garantir conexão à terra das partes metálicas da instalação convenientes para escoar correntes, incluindo surtos atmosféricos e eventualmente correntes de falta, contribuindo
A resistência elétrica do sistema de aterramento é o parâmetro mais
frequentemente usado para qualificá-lo. Este parâmetro corresponde ao quociente da tensão de elevação do aterramento avaliado em relação a um ponto no solo suficientemente distante, pela corrente a ele injetada, conforme Figura 2.
também para o bom desempenho e continuidade operacional da usina.
A IEC 61643-32- Selection and application principles - SPDs
connected to photovoltaic installations e a IEC 63227- Lightning and surge voltage protection for photovoltaic (PV) power supply systems recomendam como arranjo básico do sistema de aterramento condutores enterrados em valas ao longo do perímetro da área de painéis, complementados por condutores enterrados em malha com distância entre condutores paralelos de 20m, conforme ilustrado na Figura 1.
Figura 2 – Conceito de resistência elétrica do aterramento.
Fascículo Proteção contra descargas atmosféricas em sistemas fotovoltaicos
Quanto maior for o sistema de aterramento, com a utilização de
grandes comprimentos de condutores enterrados, maior será a área de contato eletrodo / solo e menor fica a resistência do aterramento.
A corrente elétrica corrente contínua ou alternada à frequência
industrial (60 Hz e harmônicos) injetada multiplicada pela resistência do aterramento fornece a tensão de malha, ou seja, a tensão elétrica “V”, que se desenvolverá no aterramento, em relação a um ponto remoto. Isto ocorre porque nestes casos lida-se com sinais com “comprimentos de onda” muito maiores que a maior dimensão física Figura 3 – Conceito de raio efetivo do aterramento.
do aterramento, tornando-se o sistema de aterramento “eletricamente curto” e assim permitindo a análise com parâmetros elétricos primários concentrados (resistência, condutância, capacitância e indutância).
Quando o aterramento é excitado por correntes transitórias,
que é o caso da descarga atmosférica, os comprimentos de frente
Aplicando-se esta avaliação a sistemas de aterramentos tipo
quadrados, com tramas de 20 m em solos com resistividades elétricas de 1 kΩ.m e 3 kΩ.m, obtemos os resultados apresentados nos gráficos da Figura 4.
38 de onda das correntes podem se tornar pequenos se comparados com as dimensões do aterramento e, nestes casos, os eletrodos
enterrados passam a se comportar como linhas de transmissão com alta “condutância / metro”, propiciando a propagação de correntes e tensões de surtos ao longo de seus comprimentos. Quando isto
(A)
ocorre, a corrente injetada “enxerga” a “impedância de impulso” do aterramento, que, nos casos clássicos de fazendas solares, devido às extensões dos eletrodos enterrados, tem valores maiores que os das resistências elétricas calculadas.
A impedância de surto do aterramento é um parâmetro de
difícil avaliação e depende não só da geometria do aterramento e de características do solo, mas também do tempo de frente de onda do surto de corrente injetado.
Uma visão prática da diferença entre a resistência elétrica e a
(B)
impedância de impulsos de aterramentos extensos é fornecida pelo modelo de Gupta e Thapar” (Impulse Impedance og Grounding Grids – IEEE Transactions on Power Apparattus and Systems, Vol. PAS-99, 6 Nov/Dec 1980).
Este modelo aplica o conceito de raio efetivo do aterramento que Figura 4 – Impedância de impulso e resistência elétrica de malha de aterramento típica de fazenda fotovoltaica considerando “Tf = 10 μs”, (A) “ρ= 1kΩ.m” e (B) “ρ= 3kΩ.m”.
pode ser visto como o raio de um círculo que, centrado no ponto de injeção da corrente de surto, limita a parte da malha que efetivamente contribuirá para a transferência para o solo da corrente transitória, conforme Figura 3. Além do limite definido por este círculo, o surto
já teria sido atenuado. O raio efetivo depende do tempo de frente de
impedância de impulso e sua resistência elétrica seriam 7,8 Ω e
onda do surto, da resistividade elétrica do solo, do tamanho da trama
5,7 Ω, respectivamente, quando o lado da malha fosse de 80 m.
formada pelos condutores enterrados e da localização do ponto de
Aumentando-se o lado da malha além de 80 m, a impedância de impulso
injeção da corrente de surto no aterramento. Assim, aterramentos
permaneceria com o valor de 7,8 Ω e sua resistência elétrica diminuiria,
muito extensos e de baixa resistência elétrica podem apresentar
atingindo 1,7 Ω quando seu lado fosse de 300m.
impedâncias de impulso muito maiores que suas resistências. A
impedância de impulso passa então a ser o parâmetro determinante
do valor da impedância de impulso ocorreria no valor de 13,4 Ω e sua
para os cálculos dos potenciais de malha e de distribuição de correntes
resistência seria de 10 Ω em malha com lado de 143 m.
em caso da injeção de surtos no aterramento.
Nestas condições, em solos com resistividade de 1 kΩ.m, a
Para o caso de solos com resistividade de 3 kΩ.m, a estabilização
Conclui-se que, diferentemente do que ocorre em excitações a
frequências industriais (60 Hz e harmônicos), o benefício da redução
da impedância de impulso de um sistema de aterramento tipicamente
aterramento faz com que as correntes de surtos que passam através dos
utilizado em fazendas solares, como resultado do aumento da quantidade
DPS e demais infraestruturas de pátio sejam reduzidas. Isto acarreta
de eletrodos enterrados, tem um limite. A partir de certa dimensão do
maior vida útil dos DPS e redução dos surtos acoplados nos condutores
aterramento, o acréscimo de eletrodos enterrados não contribuirá para a
CC e de controle que utilizam a infraestrutura com fator de blindagem.
redução da impedância do aterramento da usina fotovoltaica.
Observa-se que a diminuição da impedância do sistema de
A Figura 6 apresenta um diagrama simplificado da divisão da corrente
da descarga entre o aterramento, a infraestrutura e os condutores CC.
Influência da resistência elétrica do aterramento no desempenho de fazendas solares frente às descargas
Neste exemplo, a corrente da descarga (I) é dividida entre o
aterramento (Ia), a infraestrutura metálica que conecta as estruturas de painéis adjacentes (Ii), e os condutores CC, considerando os DPS
No caso de usinas solares no solo, ocupando grandes áreas e
acionados (Ic+ e Ic-). Atribuindo os valores “I = 100 kA”, “Za = 10 Ω”, “Zi
dotadas de mastros captores de descargas atmosféricas que aloquem
= 30 Ω” e “Zc = 140 Ω”, uma corrente de 4,8 kA seria conduzida pelos
os painéis e demais equipamentos de pátio em ZPR 0B, o benefício da
DPS acionados. Caso a impedância de surto do aterramento fosse “Za =
diminuição da resistência ou da impedância do aterramento é o aumento
20 Ω”, as correntes nos DPS seriam aumentadas, atingindo 7,3 kA.
da parcela da corrente do raio que é absorvida pela malha, diminuindo as correntes conduzidas pelos DPS e infraestrutura utilizada com função de blindagem, conforme ilustrado na Figura 5.
Figura 5 – (A) Painel em ZPR 0B com descarga incidindo em mastro captor de descarga. (B) Circuito equivalente mostrando a distribuição da corrente do raio.
39
Figura 6 – Diagrama simplificado da divisão da corrente de descarga atmosférica direta incidindo em mastro de captação.
Fascículo Proteção contra descargas atmosféricas em sistemas fotovoltaicos
Conclui-se que a redução da impedância do aterramento da
em fazendas solares, nenhum fator de blindagem eletromagnética é
usina fotovoltaica reduz as correntes transitórias que fluem nos DPS
acrescentado à instalação.
acionados e na infraestrutura, quando da ocorrência de descargas
atmosféricas diretas. Nota-se que a impedância de impulsos de
IEC61000-5-2) de cobre nu ou aço galvanizado ao longo dos bancos
aterramentos extensos tem valor superior à de sua resistência elétrica.
de dutos elétricos e de controle das usinas pode reduzir os transitórios
acoplados por descargas atmosféricas.
O acréscimo das dimensões do aterramento visando a diminuição
de sua impedância tem limitação, conforme já explicitado neste artigo.
A instalação de condutores PEC (Parallel Earth Conductor -
Pode-se, com este recurso, obter fatores de blindagens que
dependerão da geometria de disposição física destes condutores em
Influência do tipo de infraestrutura de acondicionamento dos cabos no desempenho de fazendas solares frente às descargas atmosféricas
relação aos condutores a serem protegidos.
A forma mais simples e econômica para conferir fator de blindagem aos
condutores encaminhados em dutos dielétricos enterrados é a instalação de um condutor PEC ao longo do arranjo de dutos. Este condutor deve ser
Conforme desenvolvido no capítulo 3, o parâmetro importante
para a avalição do fator de blindagem provido pela infraestrutura é a
multiconectado aos condutores de aterramento que cruzarem a sua rota e interligados às massas das estruturas onde se originam e terminam.
sua impedância de transferência. Tendo a infraestrutura continuidade elétrica longitudinal garantida e conectada ao aterramento dos
40 equipamentos interligados, a tensão de surto que se desenvolve nos
equipamentos é igual ao produto da corrente induzida pela “impedância de transferência” ou ao produto da derivada no tempo da corrente de
Figura 8 – Arranjo de condutor PEC simples usado para conferir blindagem eletromagnética aos condutores em banco de dutos dielétrico Indutância mútua por metro.
surto pelas “indutâncias mútuas” da infraestrutura que são estimadas, em seus arranjos mais comuns, na norma IEC 61000-5-2
A Figura 7, já apresentada no capítulo 3 desta série, apresenta
as indutâncias mútuas de algumas configurações típicas de infraestrutura.
Esta situação é apresentada na Figura 8, que mostra uma
instalação com condutor PEC simples e banco de dois dutos PEAD. O arranjo apresenta uma indutância mútua entre condutor PEC e cabos instalados nos dutos dielétricos de aproximadamente 0,85 μΩ/m. Uma corrente de surto de 1 kA / μs trafegando em 10 m de infraestrutura que acondiciona os cabos desenvolveria uma tensão de surto acoplada à rede protegida de 850 Vp conforme [3].
Figura 7 - Efeito da configuração do condutor de terra paralelo (PEC- Parallel Earth Conductor) na impedância de transferência de infraestrutura. Fonte: IEC 61000-5-2
Uma corrente de surto de 1 kA /μs trafegando em 10 m de
infraestrutura que acondiciona os cabos de energia CC e de monitoração da usina desenvolveria uma tensão de surto acoplada à rede
Figura 9 – Arranjo de dois condutores PEC laterais usados para conferir blindagem eletromagnética aos condutores em banco de dutos dielétrico. Indutância mútua por metro.
protegida de 3 kVp [1] considerando o condutor simples e de 6 Vp [2] considerando a calha em “U”, conforme [1].
Instalando-se dois condutores PEC laterais conforme a Figura 9, a
indutância mútua diminuiria para 0,35 μΩ/m. A mesma corrente de 1 kA circulando em 10 m de infraestrutura desenvolveria uma tensão de surto de 3,5 kV de pico, conforme [4].
Quando se faz a instalação dos cabos CC e de controle em dutos
enterrados dielétricos, tais como os PEADS, situação muito comum
de corrente de raio infetado, da dimensão da trama entre condutores da malha e também do local da injeção do surto no sistema de aterramento. Nos aterramentos de grandes dmensões típicos de fazendas solares que apresentam, por conseguinte, baixos valores de Figura 10 – Arranjo de quatro condutores PEC laterais usados para conferir blindagem eletromagnética aos condutores em banco de dutos dielétrico. Indutância mútua por metro.
resistências elétricas, as impedâncias de impulso apresentadas às correntes de raios são muito maiores que os valores das resistências elétricas.
Instalando-se agora quatro condutores PEC laterais conforme
No caso de as descargas atmosféricas atingirem as usinas
fotovoltaicas protegidas contra raios diretos, quanto menor for a
mostra a Figura 10, a indutância mútua diminuiria para 0,14 μΩ/m e a
impedância de impulso do aterramento, menos correntes de surto serão
corrente de 1 kA /μs circulando em 10 m de infraestrutura desenvolveria
conduzidas pelos DPS instalados e pelas infraestruturas com função de
uma tensão de surto de 1,4 kV de pico, conforme [4].
blindagem, dando mais confiabilidade e suportabilidade à instalação frente às descargas atmosféricas.
Finalmente foram apresentadas algumas sugestões de
infraestrutura metálica que agregam fatores de blindagem frente aos surtos atmosféricos, enfatizando possíveis soluções quando se
Conclusão
Este artigo complementa as recomendações básicas para a efetiva
proteção das instalações fotovoltaicas com painéis alocados no solo, ou seja, das denominadas “fazendas solares” contra descargas
utilizam dutos dielétricos para acondicionamento dos grandes lances de condutores necessários nas fazendas solares. *Ronaldo Kascher é engenheiro eletrônico e de telecomunicação, mestre e doutor em engenharia elétrica. É diretor e responsável técnico na Kascher
atmosféricas diretas e próximas.
Engenharia e Comércio Ltda. desde 1982. É professor dos Departamentos
de Engenharia Elétrica, Engenharia Eletrônica e Engenharia Aeronáutica
Foi apresentado o arranjo típico do sistema de aterramento sugerido
pela norma IEC 61643-32.
da PUC-MG. Membro da comissão da ABNT CE-03:64.10, que revisa
a ABNT NBR 5419. É consultor e responsável técnico por diversos
Evidenciou-se o conceito do parâmetro “impedância de impulso”
como sendo a característica realmente importante dos sistemas de
projetos na área de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas
aterramento típicos das fazendas solares nas excitações por raios.
(SPDA), compatibilidade eletromagnética e proteção contra transitórios
A impedância de impulso depende da geometria do aterramento, da
de instalações elétricas de controle e automação de telecomunicação e
resistividade elétrica do solo, do tempo de frente de onda do impulso
eletrônicas.
41
Geração distribuida Por Carlos Evangelista e Guilherme Chrispim
Carlos Evangelista é presidente executivo da Associação Brasileira de Geração Distribuída (ABGD).
42
Guilherme Chrispim é presidente do Conselho da Associação Brasileira de Geração Distribuída (ABGD).
Manifestação defende os consumidores de energia e a energia solar distribuída “Vacine o Brasil contra energia cara – Vote a favor do PL-5829” No último dia 08 de junho, em
“Pelo fim da energia mais cara do mundo,
Brasília, houve a maior manifestação de
apoie o PL 5829", "Não deixe tirarem seu
todos os tempos a favor do setor de
direito de escolha, apoie o PL 5829”. Entre
energia renováveis, em particular, geração
tantas frases, o grupo conseguiu sintetizar
distribuída com fonte solar fotovoltaica.
tudo em um único slogan: “Vacinem o
Consumidores e prosumidores (aqueles que
Brasil contra energia cara – Votem a favor
produzem a própria energia), entidades de
do PL-5829”, slogan com o qual o grupo
classe, associações e profissionais do setor
pretende sensibilizar os parlamentares para
organizaram uma grande manifestação,
aprovar o Projeto de Lei 5829, que, apesar
seguindo todos os protocolos da Covid-
de estar na pauta há semanas, ainda não foi
19, em frente à Câmara dos Deputados
votado.
solicitando o apoio dos parlamentares em
Não foi votado devido à oposição
prol do futuro do setor elétrico brasileiro,
minoritária de um pequeno grupo de
votando favoravelmente pelo Projeto de
parlamentares, com o apoio do lobby das
Lei 5829/2019, conhecido como o marco
distribuidoras, que fizeram de tudo para
legal da geração distribuída (energia solar).
impedir a votação e até mesmo a própria
Vários
nesse
manifestação, sob o pretexto de evitar
movimento, como “Taxar o Sol não”, “GD
aglomerações. No entanto, as autoridades
para Todos”, “Parem de queimar nosso
foram
dinheiro nas térmicas, apoie o PL 5829",
restrições, que o movimento em prol das
"Pelo fim das bandeiras tarifárias, apoie
energias limpas e renováveis pudesse se
o PL 5829", "Energia mais barata para
manifestar, dentro dos protocolos usuais.
todos, apoie o PL 5829", “Não deixe te
A manifestação se concentrou em
escravizarem mais, apoie o PL 5829",
frente
slogans
nasceram
coerentes
ao
e
Congresso
permitiram,
Nacional,
com
com
discursos de vários parlamentares, ativistas,
inclusive
manifestantes e simpatizantes da causa.
econômica e ambiental.
Sobre o Projeto de Lei 5829/2019
sob
a
perspectiva
social,
taxa mínima da conta de luz), dentre outros benefícios previstos no texto.
O resultado é um PL justo, equilibrado,
A proposta, de autoria do deputado
implantação
federal Silas Câmara e com relatoria do
responsável e que soube dizer não aos
deputado federal Lafayette de Andrada,
exageros de cada lado: seja na intenção
é considerada a solução do consenso
Trata-se de um dos raros exemplos
das distribuidoras de estabelecer um
(diferente
de iniciativa legislativa em que todos os
“pedágio” de 62% sobre a energia que
condições de colocar o Brasil na vanguarda
envolvidos foram exaustivamente ouvidos
recebe dos consumidores, seja na dos
da geração distribuída mundial, alinhado
e tiveram seus argumentos analisados ao
consumidores em não pagar nada pela
com a transição energética e com os
longo de quase três anos. Atualmente em
utilização da infraestrutura do setor.
compromissos que o Brasil assumiu perante
debate no Congresso Nacional, o PL prevê
O projeto regulamenta o setor de
o mundo no acordo de Paris, referente a
a criação de um marco legal para a geração
geração distribuída com fontes renováveis
mitigação dos gases de efeito estufa.
própria de energia no Brasil, visando trazer
de energia, e como consequência, reduzirá
segurança jurídica e regulatória para o
a conta de luz de todos os brasileiros,
que o mais breve possível, os parlamentares
crescimento sustentável do setor elétrico
gerando novas oportunidades de emprego,
analisem e votem favoravelmente ao projeto,
brasileiro.
além disso, preserva o direito adquirido do
inserindo o setor elétrico brasileiro no século
com
cronograma
de
de
unanimidade)
e
tem
O setor está bastante otimista e espera
Foi elaborado por um corpo técnico
consumidor e investidor, inserindo mais de
21, era da modernidade e da transição
heterogêneo e multidisciplinar, que se
30 milhões de consumidores baixa renda
energética; beneficiando 84 milhões de
debruçou sobre o tema analisando todos
no sistema de compensação de energia
consumidores que desejam ter o direito de
os aspectos técnicos do setor elétrico,
elétrica (pois permite compensação da
escolha por uma energia mais limpa e barata.
Energia solar fotovoltaica
Ronaldo Koloszuk é presidente do Conselho de Administração da Absolar
Rodrigo Sauaia é presidente executivo da Absolar
Veneziano Vital do Rego, senador da República pelo estado da Paraíba.
Energia solar: menos termelétricas fósseis e redução na conta de luz de todos elétrica brasileira. Potencial para
fonte de geração do Brasil, com
os consumidores na redução
passou a ser cobrada novamente
isso não falta no Brasil: o país é
empreendimentos em operação
consistente e viável das contas de
nas contas de luz da população,
detentor de um dos melhores
em nove estados brasileiros, nas
luz.
encarecendo a energia elétrica da
recursos renováveis do planeta,
regiões Nordeste (Bahia, Ceará,
sociedade brasileira. Este aumento
tendo em fontes renováveis não
Paraíba, Pernambuco, Piauí e Rio
demanda por eletricidade no Brasil
hídricas, como solar, eólica e
Grande do Norte), Sudeste (Minas
acontecem no período do dia, entre
intenso das usinas termelétricas
biomassa uma imensa alternativa
Gerais e São Paulo) e Centro-Oeste
11h e 17h, em especial nos meses
fósseis, caras e poluentes, devido
competitiva para ampliar a
(Tocantins). Os investimentos
mais quentes do ano, conforme
à falta de água nos reservatórios
segurança de suprimento, reduzir
acumulados deste segmento
apontam os dados do ONS. Nesses
das hidrelétricas do País, hoje
riscos de escassez e fortalecer a
ultrapassam os R$ 18 bilhões.
momentos do dia, temos o sol
a principal fonte de geração de
competitividade da economia.
brilhando intensamente e, por isso,
energia dos brasileiros.
de energia solar, tem-se uma
a fonte solar contribui para aliviar a
A terrível bandeira vermelha
44 de tarifas é resultado do uso
O avanço da energia solar
No caso da geração própria
Os horários de maior
no país, via leilões para grandes
excelente oportunidade de aliviar
maior demanda do sistema.
Operador Nacional do Sistema
usinas ou pela geração própria
os custos do setor elétrico e, assim,
(ONS) dos 161 reservatórios
em residências, pequenos
reduzir a conta de luz de todos os
geração própria de energia solar
hídricos espalhados pelo território
negócios, propriedades rurais e
brasileiros. Além de preservar água
ajudam todos os cidadãos e
nacional, a redução do índice de
prédios públicos, é fundamental
das hidrelétricas, ela contribui
consumidores brasileiros, bem
chuvas atinge todas as regiões
para reduzir o chamado “custo
para a redução de despesas que
como a economia do país. A
brasileiras, sem exceção. Isso
Brasil”, com uma energia elétrica
encarecem a conta de luz de todos
aprovação do Projeto de Lei (PL)
demonstra que o problema deixou
mais competitiva aos brasileiros,
os brasileiros, reduzindo custos
nº 5.829/2019, de autoria de
de ser localizado e se tornou um
reduzindo a ocorrência das
com infraestrutura de geração,
deputado federal Silas Câmara e
desafio nacional.
bandeiras vermelhas na conta de
transmissão e distribuição.
de relatoria do deputado federal
luz da população e diversificando o
Como se trata de uma produção
Lafayette de Andrada, em curso no
mais o orçamento já apertado
suprimento de energia elétrica do
de eletricidade junto ou próximo
Congresso Nacional, poderá atrair
das famílias e também prejudica
país.
do local de consumo, também
mais de R$ 139 bilhões em novos
a competitividade dos setores
reduz perdas elétricas e diminui
investimentos e gerar mais de 1
produtivos e da economia nacional,
de grande, o Brasil possui 3,3 GW
a utilização da geração fóssil,
milhão de novos empregos ao Brasil
dificultando a recuperação de
de potência instalada operacional,
maior responsável pelas bandeiras
até 2050.
empregos e renda da população.
o equivalente a 1,9% da matriz
vermelhas e pela emissão de
É mais um fator a pressionar, para
elétrica do país. Em 2019, a fonte
poluentes do setor elétrico.
energia solar terá função cada vez
cima, a inflação em 2021.
foi a mais competitiva entre as
mais estratégica para o atingimento
Segundo monitoramento do
A cobrança pressiona ainda
No segmento de usinas solares
Os benefícios da geração
Por isso, os benefícios da
Com boas políticas públicas, a
fontes renováveis nos dois leilões
própria com energia solar somam
das metas de desenvolvimento do
é preciso estabelecer políticas
de energia nova, A-4 e A-6, com
mais de R$ 173 bilhões no período,
país, sobretudo agora, para ajudar
públicas e planejamento
preços-médios abaixo dos US$
com a redução de custos no uso
na recuperação sustentável da
governamental para diversificar,
21,00/MWh.
de termelétricas e redução de
economia, já que se trata da fonte
com maior agilidade e
perdas elétricas. São benefícios
renovável que mais gera empregos
competitividade, a matriz
de grande porte são a sétima maior
compartilhados com todos
no mundo.
Para superar este desafio,
Atualmente, as usinas solares
Energia Eólica
Elbia Gannoum é presidente executiva da Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica)
Comemorar o Dia Mundial do Vento é falar também da transformação que queremos para o futuro brasileira.
a demanda por energia caiu e isso
15 de junho, o Dia Mundial do
significa que não vendemos no
Vento. A data é celebrada desde
9,97% de toda a geração injetada
mercado regulado este ano. Por
2009. Criado inicialmente
no Sistema Interligado Nacional
outro lado, a boa notícia é que
pela WindEurope em 2007
veio de eólicas, sendo que elas já
o mercado livre tem se tornado
como Wind Day, em 2009 ele
chegaram a abastecer 17% do
muito importante para o setor
se tornou “Global Wind Day”
país em momentos de recorde nos
eólico, sendo que em 2018 e
quando o GWEC, o Conselho
meses que fazem parte do período
2019 já havíamos vendido mais
Global de Energia Eólica, se
chamado de “safra dos ventos”.
no ACL do que no ACR. Nosso
juntou à iniciativa, incentivando
No ano passado, a indústria eólica
desempenho no ACL em 2020
associações ao redor do mundo a
investiu R$ 20,6 bilhões no Brasil,
foi muito bom e isso é um bom
participarem das comemorações.
de acordo com a Bloomberg New
sinal para a cadeia produtiva, que
E nós temos tido sorte de
Energy Finance (BNEF).
seguiu fechando novos negócios
comemorar marcos importantes
e, portanto, segue otimista para o
no Dia Mundial do Vento dos
a fonte que mais cresceu, sendo
futuro.
últimos anos aqui no Brasil.
responsável por 43,17% da
Neste ano, atingimos a
nova capacidade instalada total
Vento também foi o momento
marca de 19 GW de capacidade
adicionada à matriz. Todos estes
de lembrar que a pandemia
instalada de energia eólica, com
números positivos mostram não
também teve o efeito de aquecer
726 parques eólicos e mais de
apenas um setor consolidado,
discussões sobre a importância
8.500 aerogeradores. Só para
mas demonstram que a energia
de que a retomada da economia
base de comparação, no Dia
eólica tem um futuro promissor
seja verde, com negócios que
que é o fato de o investimento
Mundial do Vento de 2020,
no Brasil.
protejam o planeta e que também
nos recursos naturais, de
nossa comemoração era pelos
adotem critérios ESG, sigla
forma responsável, gerar
16 GWs. Foram 3 GWs instalados
menos 30 GW de capacidade
traduzida do inglês que significa
desenvolvimento econômico e
em um ano. Essa é uma marca
instalada de energia eólica.
Governança Ambiental, Social e
social por meio da distribuição de
importante.
“Dizemos ‘pelo menos’, porque
Corporativa e se refere aos três
renda, da inclusão e da diminuição
Nossa atual capacidade
esse é o valor considerando
fatores da sustentabilidade e do
das desigualdades econômicas
instalada gerou, no ano passado,
apenas leilões já realizados e
impacto social de um negócio.
e sociais. É preciso dar esse pulo
57 TWh de energia, o que, na
contratos firmados no mercado
Neste cenário, a eólica é uma
de raciocínio e ação: não basta
média mensal, é suficiente
livre. Com novos leilões, este
solução perfeita, não apenas por
gerar energia renovável que não
para abastecer 28,8 milhões
número será maior. Devido à
seu reduzido impacto ambiental,
emita CO2, é preciso que essa
de residências por mês, o que
pandemia, o ano de 2020 foi
mas também por seus efeitos
energia impacte positivamente a
significa uma população de cerca
claramente cheio de desafios para
multiplicadores.
vida das pessoas. Aí começamos
de 86,4 milhões de pessoas. E
todos nós, incluindo o setor de
a falar de uma real transformação
desde 2019, a energia eólica é a
energia. O impacto mais imediato
verdadeira potencialidade e
energética, da forma como eu a
segunda fonte da matriz elétrica
é que não tivemos leilões, porque
oportunidade da transformação,
compreendo.
Comemoramos, no dia
Em média, no ano passado,
No ano passado, a eólica foi
Até 2024, o Brasil terá pelo
45
Neste Dia Mundial do
Consigo vislumbrar a
46
Aula Prática
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Por Alcebíades Bessa, Ives Morosini, Lucas Encarnação e Renner Camargo*
Modelagem de uma máquina síncrona no software de transitórios eletromagnéticos PSCAD/EMTDC
47
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Este projeto consiste na modelagem e simulação dos parâmetros
análise de ensaios, respostas da máquina e, para um futuro trabalho,
elétricos de um compensador síncrono presente no sistema elétrico
avaliar o comportamento dessas duas máquinas em paralelo com
brasileiro, com dois equipamentos em operação em paralelo e de
sistemas de controles distintos, analógico e digital, que apresentam
forma simultânea, para controle de potência reativa e regulação de
dinâmicas de repostas diferentes para o mesmo sinal de entrada.
tensão da rede. A Tabela 1 apresenta as características da máquina em resumo. Ambas as máquinas possuem os registros técnicos de
Desenvolvimento
ensaio originais, os quais são a base para análise das condições operativas destas.
A elaboração deste trabalho teve como principais dados os
obtidos do datasheet do equipamento, as curvas V e de saturação Tabela 1 – Características elétricas do compensador síncrono (ASEA,1964)
Tipo
G1920
Classe
60.000kVar
Tensão
13.800V
Corrente
2510A
Excitação
230V, 925A
Velocidade
900 RPM
Máx. Velocidade Permissível
1125 RPM
Classe de Isolação Estator
B
Classe de Isolação Rotor
F
Pressão do gás hidrogênio
15 psig.
Momento de Inércia (GD²/4)
17250 kgm²
Resistência de neutro (20°C)
1576 ohms
magnética do núcleo, além das perdas totais da máquina em função da potência reativa fornecida.
Esses dados são originais do compensador síncrono, traçados
ainda durante a fase de ensaios de fábrica. Com isso, uma das dificuldades encontradas é a precisão na leitura dos resultados, pois, se tratam de documentos antigos e registrados manualmente. Nas subseções a seguir serão apresentados os principais pontos para a modelagem no software PSCAD/EMTDC.
Modelagem do circuito de potência
Neste artigo, quando for feita a referência de valores em pu,
deve-se considerar como tensão de base a tensão de linha de alimentação do barramento de 13,8 kV, e como potência de base a potência nominal do compensador de 60 MVA. Para a modelagem do circuito de potência do compensador síncrono, foi utilizado um barramento infinito de alimentação em 13,8 kV e um modelo de
O objetivo deste trabalho é construir a modelagem destas
máquinas para a análise das respostas das características elétricas,
máquina síncrona presente no software como pode ser observado na Figura 1:
permitindo futuros ensaios em regime transitório e permanente.
Para a realização deste estudo, foram levantados todos os
dados presentes no manual da máquina que são utilizados pelo PSCAD/EMTDC para a modelagem. Os parâmetros exigidos por esse software que não estão no manual do equipamento foram obtidos por meio da literatura de apoio ou pela análise de curvas de ensaios.
Primeiro foi feita a modelagem do circuito de potência da
máquina, em seguida, foi desenvolvido um circuito de campo, responsável pela magnetização da máquina, então, o modelo foi validado através da comparação das curvas características do compensador, presentes no manual do mesmo, e as curvas geradas Figura 1 – Diagrama de simulação do compensador síncrono no PSCAD/EMTDC.
pelo modelo.
A partir deste trabalho é esperada a contribuição para a
análise deste tipo de máquina pelas equipes de engenharia e pelo ambiente acadêmico que poderão utilizar esta modelagem para
Os parâmetros básicos da máquina no PSCAD/EMTDC estão na
Tabela 2:
48
Aula Prática
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Tabela 2 – Tela de dados básicos do compensador síncrono no PSCAD/EMTDC
indica que o primeiro ponto da curva de saturação deve ser (0;0)
Basic data Rated RMS Line-To-Neutral Voltage
7.967 [kV]
ainda não haja saturação magnética do núcleo. A modelagem
Rated RMS Line Current
2.51 [kA]
da curva é feita com no máximo 10 pontos da mesma, a Tabela
Base Angular Frequency
376.991118 [rad/s]
Inertia Constant
1.28 [s]
Mechanical Friction and Windage
0.0 [pu]
C ircuito
Neutral Series Resistance
497 [pu]
e que o segundo ponto deve ser de uma região da curva onde
Neutral Series Reactance
0 [pu]
Iron Loss Resistance
261[pu]
Number of coherent machines
1.0
No campo Inertia Constant foi inserida a constante de inércia na
máquina, dada pela equação 1. (GRAINGER,1994) H=
1/2/ ω Smach
2
elétrico da máquina
Para a modelagem do circuito elétrico do compensador
síncrono, foi escolhida a entrada de dados como gerador, com os seguintes parâmetros:
Reatância de potier – Xp – Com o ensaio de saturação a
vazio da máquina é possível obter esse parâmetro através do gráfico desse ensaio, porém nesse trabalho usou-se a Equação
(1)
XL=XP.AGP
(2)
Em que:
H – Constante de inércia da máquina síncrona; J – Momento de inércia total da massa do rotor, obtido no relatório de manutenção da máquina, com um valor de 17250 [kg.m2]; ω – Velocidade síncrona da máquina, com um valor de 94,25 [rad/s] (900 rpm); S mach – Potência aparente nominal da máquina síncrona, com um valor de 60 [MVA].
Modelagem
3 apresenta os valores de configuração utilizados.
2 (JORDÃO, 2013)
Em que:
o preenchimento da tela Saturation Curve, o PSCAD/EMTDC
XL - Reatância de dispersão que segundo o Datasheet da máquina possui o valor de 0,177 pu; AGP- Air Gap Factor – Fator de entreferro, utilizado o valor padrão do software igual a 1. Desse modo, o valor de XP foi considerado com o mesmo valor de X L de 0,177pu. Os demais parâmetros estão descritos na Tabela 4:
da curva de magnetização
A primeira parte do compensador síncrono a ser modelada
Tabela 4 – Tela de dados básicos do compensador síncrono no PSCAD/EMTDC
no projeto foi a sua curva de magnetização. A modelagem D axisSaturation da tela Configuration. Escolhendo-se essa
Basic data Reatância síncrona de eixo de quadratura - Xq
1.25 [pu]
opção, a tela Saturation Curve é habilitada para a inserção
Reatância síncrona de eixo direto - Xd
1.98 [pu]
de pontos estratégicos da curva de magnetização. A curva de
Reatância subtransitória segundo
1.25 [pu]
magnetização foi extraída do manual do equipamento. Para
o eixo de quadratura - X’q
dessa curva é feita escolhendo-se a opção Enabled na aba
Tabela 3 – Parametrização da curva de saturação no PSCAD/EMTDC
Saturation Curve 0.0 First Point on the Saturation Curve must be (0.0 , 0.0)
0.71 1
1 [pu]
1.2
1.08 [pu]
Currents can be in any
1.5
1.167 [pu]
Consistent Units
1.8
1.185 [pu]
10 Points Maximum: If less
2.2
1.20 [pu]
Points are available, enter
2.7
1.21 [pu]
(-1.0, -1.0) for the one after
3.2
1.225 [pu]
The last point
3.7
1.23 [pu]
0.23 [pu]
Reatância subtransitória segundo o eixo direto X’’d
0.78 [pu]
Second Point must be on the
0.43 [pu]
Reatância subtransitória segundo o eixo de quadratuda - X’’q
0.0 [pu]
Unsaturated Part of the Curve
Reatância transitória segundo o eixo direto - X’d
0.25 [pu]
Utilização da curva de perdas totais para determinação de Ra, Rnu e Rf
Através da curva de perdas totais da máquina e da Equação 3,
foram calculados os parâmetros Ra, Rnu e Rf. PT = PNU+ PA+ PAV+ PE+ PF
(3)
49
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Em que:
Resultados
PT – Perdas totais do compensador síncrono;
PNU – Perdas no núcleo da máquina, também conhecidas como
realizaram-se ensaios para levantamento das curvas V e de perdas
perdas no ferro;
totais, que se encontram presentes no manual desta.
PA – Perdas na armadura;
PAV – Perdas por atrito e ventilação;
software, foi calculado o erro médio obtido através da Equação 7.
A fim de validar a máquina modelada no PSCAD/EMTDC,
Na comparação entre as curvas do manual e do ensaio no
PE – Perdas por espraiamento; PF – Perdas no circuito de campo. (SEN, 1996)
e=
Equação 4 calculando as perdas no núcleo: V2 PNU = RNU
∑ n1
Vr Ve Vr n
(7)
100 [%]
Em que: Vr – Valor real;
(4)
Ve – Valor obtido no ensaio do software; n – número de pontos considerados da curva.
Equação 5 calculando as perdas na amadura:
Ensaio da curva V
PA = RA x IA2
(5)
Nesse ensaio, foram feitas 10 simulações de 30 segundos
cada. Nas simulações o torque mecânico no eixo da máquina
Perdas por atrito e ventilação PAV, para essa máquina foram
foi nulo e no final dos 30 segundos de cada simulação foi lida a
consideradas desprezíveis.
potência reativa fornecida à rede e a corrente aplicada no circuito
Perdas por espraiamento PE, não foram consideradas nesta
de campo.
modelagem, pois, não há um campo para inseri-la no PSCAD/EMTDC.
Perdas no circuito de campo PF, conforme Equação 6:
PF = RF x IF2
Tabela 6 – Levantamento da curva V ensaiada
Data Sheet Qout If
(6)
Ensaio
Erro
If
Qout
Por
[A]
[MVAr]
[A]
[MVAr]
ponto
10
-30
10
-30,71
2,37%
95
-20
95
-19,97
0,15%
175
-10
175
-9,81
1,90%
248
0
248
0,23
1,39%
340
10
340
9,98
0,20%
425
20
425
19,65
1,75%
520
30
520
30,12
0,40%
610
40
610
39,79
0,53%
0.0042 [pu]
710
50
710
50,18
0,36%
Armature Time Constant - Ta
0.278 [pu]
835
60
835
59,95
0,08%
Potier Reactance–Xp
0.177 [pu]
Unsaturated Reactance - Xd
1.98 [pu]
Unsaturated Transient Reactance–X’d
0.43 [pu]
Através do conjunto de equações 3, 4, 5 e 6, além das
considerações apresentadas, obtém-se os valores de Ra = 0,0042 pu, Rnu = 261,34 pu e Rf = 0,012738 pu. A Tabela 5 ilustra a configuração dos parâmetros elétricos no PSCAD/EMTDC. Tabela 5 – Parâmetros elétricos do modelo do compensador síncrono no PSCAD/EMTDC
Generator Data Format Armature Resistance - Ra
Unsaturated Transient Time (Open) – T’do
9.2 [s]
Unsaturated Subt-Transient Reactance – X’’d
0.25 [pu]
Unsaturated Sub-Transient Time (Open) – T’’do
0.093 [s]
Real Transfer Admit (Armat-Field)
1.0 E+2 [pu]
Imag Transfer Admit (Armat-Field)
0.0 [pu]
Unsaturated Reactance – Xq
1.25 [pu]
Unsaturated Transient Reactance–X’q
1.25 [pu]
Unsaturated Transient Time (Open) – T’qo
0.85 [s]
Unsaturated Subt-Transient Reactance – X’’q
0.23 [pu]
Unsaturated Sub-Transient Time (Open) – T’’qo
0.041 [s]
Air GAP Factor
1
Médio
0,91%
Figura 2 – Comparação entre as curvas V do manual e ensaiado no software.
50
Aula Prática
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Tabela 7 – Levantamento da curva V ensaiada
Data Sheet Qout PLosses
Ensaio
do compensador tivesse uma representatividade fiel em relação ao
Erro Médio Por
comportamento real da máquina.
Qout
PLosses
[MVAr]
[kW]
[MVAr]
[kW]
ponto
quantidade possível de informações do próprio manual da máquina,
-30
310
-30
297
4,19%
que é uma das fontes mais confiáveis de informações para o primeiro.
-20
270
-20
264
2,22%
Justamente neste ponto, houve dificuldade para a obtenção de
10
250
10
248
0,80%
informações. Por se tratar de uma máquina antiga e também por já não
0
245
0
249
1,63%
10
265
10
269
1,51%
20
310
20
305
1,61%
modelo. Frente a isso, para completar o modelo, algumas variáveis
30
375
30
362
3,47%
foram deduzidas através de cálculos e curvas do manual e com isso
40
450
40
436
3,11%
pôde-se levantar as curvas necessárias para a validação do modelo.
50
540
50
531
1,67%
60
650
60
652
0,31%
alcançado e a máquina modelada foi validada com erros percentuais de
Para o levantamento do modelo, buscou-se extrair a maior
se encontrar mais em linha de produção, a documentação disponível 2,1%
é antiga e as informações não foram suficientes para a elaboração do
Porém, conforme ilustrado nas Tabelas 6 e 7, esse objetivo foi
resposta dentro de parâmetros aceitáveis.
REFERÊNCIAS • ASEA. KGMS G1920 No. 5714031 LO 3580.18-2. ASEA, 1964. • GRAINGER J. J & STEVENSON JR, W. D., Power System Analysis – International Editions, 1994. • JORDÃO, R. G. Máquinas Síncronas. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. •SEN, P. C. Principles of Eletric Machines and Power Eletronics. 2. ed. Nova Iorque: John Wiley and Sons, 1996.
Figura 3 – Comparação das curvas de perdas totais do manual e do ensaio no software.
CONCLUSÃO
Este trabalho visou desenvolver um modelo computacional para um
compensador síncrono que pudesse ser utilizado em outros trabalhos envolvendo a utilização dessa máquina, de modo que o modelo
*Alcebíades Rangel Bessa é engenheiro eletricista, com especialização em Administração Pública, mestrado em Engenharia Elétrica e MBA em Gestão da Produção e da Manutenção. Atualmente, é engenheiro eletricista na Eletrobras Furnas. Ives Colodetti Morosini é engenheiro eletricista pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Lucas Frizera Encarnação é engenheiro eletricista, com doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Atualmente, é professor associado da Universidade Federal do Espírito Santo. Renner Sartório Camargo é engenheiro eletricista, com mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Espírito Santo e doutorando pela mesma instituição. Atualmente é professor do Instituto Federal do Espírito Santo. SEN, P. C. Principles of Eletric Machines and Power Eletronics. 2. ed. Nova Iorque: John Wiley and Sons, 1996.
52
Pesquisa - Equipamentos para transmissão e distribuição de energia
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Os desafios para a expansão da transmissão
O Brasil possui uma malha de transmissão
extensa as
e
altamente do
nosso
dadas
sistema
engenharia de projeto e construção de linhas e que os atrasos invariavelmente originam-se
de
nos impedimentos legais e dificuldades de
fornecimento de energia elétrica e as dimensões
licenciamento destes empreendimentos. Há
territoriais continentais. É papel da transmissão
ainda a questão ambiental. Para Siqueira, as
fazer a ligação entre os pontos de geração e
restrições ambientais à construção de novos
de consumo, o que, no caso do Brasil, significa
corredores de transmissão respondem pelos
percorrer grandes distâncias, em sua maioria,
principais impedimentos à expansão destas
aéreas e sujeitas às condições climáticas.
interligações. “Escolhas estratégicas, a nível
Uma das características mais marcantes do
nacional, entre expansão das interligações
nosso sistema de abastecimento de eletricidade
regionais e implantação de térmicas regionais,
é a geração centralizada de usinas hidrelétricas
serão necessárias, a curto e médio prazos,
– 65% da nossa matriz energética – estar
para enfrentar as crises hídricas, cada vez
localizada principalmente na região Norte do
mais frequentes devido à baixa precipitação
país, como Belo Monte, Tucuruí e Jirau, ao passo
e ao uso múltiplo da água dos nossos rios”,
que o consumo se concentra especialmente no
complementa.
Sudeste. Em períodos de seca, notadamente no
Recentemente, no Plano Decenal de
inverno, entre os meses de junho a setembro, os
Energia (PDE), documento publicado no início
reservatórios das usinas costumam apresentar
deste ano, a Empresa de Pesquisa Energética
níveis baixos de armazenamento, o que força
(EPE) avaliou que a economia e a oferta de
o Operador Nacional do Setor Elétrico (ONS)
energia devem começar a se recuperar neste
a acionar mais usinas térmicas, normalmente
ano de 2021, mantendo um crescimento médio,
movidas a óleo diesel e gás natural, e que
respectivamente, de 2,9% e 3,0% ao ano até
fornecem uma energia mais dispendiosa,
2030. Pensando nisso, a instituição de pesquisa
onerando o bolso do consumidor.
considera
características
complexa,
A região Norte do país, ao contrário, do
subsistema
Sudeste/Centro-Oeste,
necessidade
de
investimento
da ordem de R$ 2,7 trilhões no setor de
possui
energia nos próximos 10 anos, sendo R$ 2,3
um inverno úmido e, com as fortes chuvas
trilhões relacionados a petróleo, gás natural e
dos últimos meses, as hidrelétricas estão
biocombustíveis, e R$ 365 bilhões a geração
operando com 84% de sua capacidade de
centralizada, geração distribuída e transmissão
armazenamento de energia, quase o triplo
de energia elétrica. No tocante a esta última, a
das usinas do Sudeste. Essa energia gerada
EPE reconhece a importância do planejamento
no Norte poderia chegar às outras regiões do
e da flexibilidade necessária para acomodar
país por meio do sistema de transmissão, mas
as diferentes estratégias de implantação das
esbarra em algumas dificuldades técnicas e
fontes de geração. “A EPE vem realizando,
regulatórias. Segundo o ONS, uma delas diz
com sucesso, estudos específicos, de caráter
respeito aos atrasos na conclusão do sistema
prospectivo, que possuem o intuito de antecipar
de transmissão que interliga a geração de Belo
o sistema de transmissão para a integração do
Monte, no Pará, ao Sudeste. O diretor técnico e
potencial de fontes alternativas renováveis
vice presidente do Cigré Brasil - Comitê Nacional
estimado com base nos cadastramentos dos
Brasileiro de Produção e Transmissão de Energia
leilões de energia”, diz o documento.
Elétrica, Iony Patriota de Siqueira, considera
que o Brasil detém know-how significativo em
não há melhor alternativa técnica do que o
Na opinião de Iony Siqueira, a longo prazo
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
53
armazenamento em grandes reservatórios de água, praticamente inviáveis com a legislação ambiental vigente. “Excluída esta possibilidade, resta a implantação de usinas flexíveis, preferencialmente próximas à carga, sendo o gás natural a melhor alternativa do momento devido à sua disponibilidade no Brasil”, conclui.
A EPE prevê acréscimo de aproximadamente 40 mil quilômetros de novas linhas
de transmissão até o ano de 2030, o que significa uma estimativa de mais de 200 mil quilômetros de linhas de transmissão em operação no final desse período. A expectativa é que os investimentos totais em transmissão atinjam cerca de R$ 89,6 bilhões ao longo desta década, sendo R$ 62,5 bilhões em linhas de transmissão e R$ 27,1 bilhões em subestações, incluindo as instalações de fronteira. Desse total, 30,4 bilhões são referentes a empreendimentos ainda sem outorga.
No que diz respeito à malha existente, um dos grandes desafios a ser enfrentado
pelo planejamento da transmissão nos próximos anos consiste no envelhecimento do sistema, uma realidade que tende a se tornar mais crítica nos próximos anos. Há que assegurar a substituição da infraestrutura do sistema elétrico em fim de vida útil de modo que o conjunto das instalações possa operar com os níveis de confiabilidade e qualidade exigidos pela sociedade.
Aumento da demanda por ensaios em equipamentos
Pensando neste planejamento e expectativa de expansão da transmissão para
os próximos anos, o Laboratório de Ensaios Mecânicos do Lactec, único do país a realizar ensaios de fluência, já se prepara para alta na demanda de serviços, o que deve ampliar em 25% a sua capacidade produtiva. Contribuem para esta estimativa os resultados do primeiro leilão de transmissão da Aneel, realizado em 30/06.
O Lactec espera um crescimento expressivo no volume de ensaios realizados
em cabos condutores e outros componentes das linhas de transmissão de energia, como cadeia de isoladores, conectores, para-raios e estais. Para dar conta dessa alta, a empresa está implantando uma nova bancada de ensaios, que ampliará em 25% a capacidade produtiva.
É esperado um aumento, principalmente, nos chamados “ensaios de fluência”,
considerando que o laboratório do Lactec é o único do país a realizar esse teste, essencial para verificar premissas de projeto em relação à tração de lançamento dos cabos e assegurar requisitos normativos de segurança da linha até o fim de sua vida útil projetada. Além desse, os ensaios mecânicos mais procurados são os de ruptura e de tensão-deformação.
O gerente da área de Ensaios Elétricos e Materiais, Vinicios Bacil, revela que
a implantação de novos empreendimentos de transmissão deve gerar aumento, também, na demanda por avaliações da parte elétrica. Nesses casos, os mais frequentes são os ensaios dielétricos em alta tensão, como os de radiointerferência e corona visual, entre outros destinados a avaliar a coordenação de isolamento. “Temos monitorado e observado a maior procura por ensaios, em razão de novas exigências por parte das concessionárias e demais players do setor elétrico e, também, de novas obras que vêm sendo executadas”, destacou o engenheiro.
A preocupação das concessionárias de energia em relação à qualidade dos cabos
condutores empregados nos empreendimentos de transmissão é justificável, pois o material pode representar mais de 40% do custo de implantação. É a qualidade do material, verificada nos ensaios em laboratórios qualificados, que irá determinar, também, a vida útil e confiabilidade da linha de transmissão, o que pode impactar nos indicadores de desempenho operacional e na receita das empresas desse segmento.
53
Pesquisa - Equipamentos para transmissão e distribuição de energia
x x x x x x x x x
x
x x
x x x x x x x
x x x x x x
x x
x
x x
x x x x x x
x x x x
x x
x x
x x x x x
x
x
x
x x x x x x
x x
x
x x x
x x x x
x
x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x x x x
x
x x
x x x x x x x
x x x x
x x x x x x x
x x x x x x
x x x
x x x
x x
x x x x x
x x
x
x x x x x
x
x x x x x x x x x x x x x x x
x x x x x x
x x x
x x
x x x
x x
x x
x x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x x x x x
x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x x x
x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x
x x
x
x x x
x
x x x x x
x x x x x x x
x x x x x x x x
x
x x
x
x
x x x
x x
x x x x x
x x x
x x x x
x x x x x x x
x x x x x x x x x
x x x
x x x x x x x x
x x x x
x x
x x
x x
x x x x
Possui certificado ISO 14.001 (ambiental)
Possui certificado ISO 9001(qualidade)
Exporta produtos acabados
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
Importa produtos acabados
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
Oferece treinamento técnico para os clientes Possui programas na área de responsabilidade social
Outros
Montagem de equipamentos
Manutenção de redes
Engenharia
Montagem de redes de transmissão
x x x x x x x x x x x
Montagem de redes de distribuição
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
x
x x
x x x x x x x x x x x
x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
Outros
x
Tem corpo técnico especializado para oferecer suporte ao cliente
x
x
Possui serviço de atendimento ao cliente por telefone e/ou internet
x
x x x x x x
Transmissão de energia elétrica
x x x x x x x
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Principais clientes
Distribuição de energia elétrica
GO SP SP SP SP SP SC SP ES SP PR RJ MG SP SP MG PR SP SP SP PR MG SP SP SP SP SP SP RS SP SP SP SP SP SP RJ SP SP MG SP SP SP SP SP SP SP SP RS PR PR SP SP SP MG SP MT SP SP SP SP SC
Internet
UF
Venda direta ao cliente final
Cidade
Goiânia Barueri Itapevi São Paulo Mogi Mirim São Paulo Blumenau São Paulo Linhares São Paulo Quatro Barras Valença Itajubá Pedreira Bragança Paulista Lagoa Santa Cornélio Procopio Guarulhos Porto Feliz Pindamonhangaba Cornélio Procopio Belo Horizonte Mairiporã Suzano Suzano Suzano Orlândia Itaquaquecetuba Porto Alegre Bauru Itu São Paulo São Bernardo do Campo São Paulo Jundiaí Rio de Janeiro São Paulo São Paulo Belo Horizonte Guarulhos Cabreuva Campinas Sorocaba São Paulo Pedreira Sorocaba Mogi Guaçu Porto Alegre Mandaguari São José dos Pinhais Jurubatuba Campinas Osasco Poços de Caldas São José dos Campos Cuiabá São Paulo Atibaia São Paulo Jundiaí Jaraguá do Sul
Distribuidores de materiais elétricos
www.adeel.com.br www.adelco.com.br www.aepi.com.br www.alubar.net.br www.balestro.com.br www.baurdobrasil.com.br www.blutrafos.com.br www.bohnen.com.br www.brametal.com.br www.brasformer.com.br www.bree.com.br www.brval.com.br www.cabelauto.com.br www.ceramicasaojose.com.br www.chardongroup.com www.clamper.com.br www.comtrafo.com.br www.dlight.com.br www.eaton.com/br/pt-br/ www.eletronengenhariaindustrial.com www.eletrotrafo.com.br www.exponencialmg.com.br/ www.gazquez.com.br www.gimibonomi.com.br www.gimi.com.br www.gimipogliano.com.br www.grupointelli.com.br www.lpeng.com.br www.ims.ind.br www.indelbauru.com.br www.isolet.com.br www.itaiputransformadores.com.br www.itb.com.br www.jng.com.br www.jundtrafo.com.br www.kitacessorios.com.br www.krj.com.br www.kron.com.br www.lojaeletrica.com.br/ www.mediatensao.com.br www.mersen.com www.mgmdiag.com.br www.omicronenergy.com www.pextron.com.br www.ppcinsulators.com www.br.prysmiangroup.com/ www.rehtom.com.br www.rms.ind.br www.romagnole.com.br www.sandc.com www.se.com www.selinc.com.br www.stkv.com.br www.sulminasfiosecabos.com.br www.tecsysbrasil.com.br www.trael.com.br www.transformadoresuniao.com.br www.treetech.com.br www.urkraft.com.br www.wago.com.br www.weg.net
Distribuidora de produtos para transmissão de energia
Site
Fabricante de produtos para transmissão de energia
Telefone
(62) 3092-1414 (11) 4199-7500 (11) 4143-9600 (91) 3754-7128 (19) 3814-900 (11) 2972-5272 (47) 3036-3012 (11) 5567-0200 (27) 2103-9400 (11) 2969-2244 (41) 3167-4044 (24) 2453-5004 (35) 3629-2500 (19) 3852-9555 (11) 4481-2232 (31) 3689-9500 (43) 3520-4300 (11) 2937-4650 (15) 3481-9130 (12) 99168-3182 (43) 3520-5000 (31) 3317-5150 (11) 3380-8080 (11) 4752-9900 (11) 4752-9900 (11) 4752-9900 (16) 3820-1500 (11) 2901-7033 (51) 3382-2300 (14) 3281-7070 (11) 2118-3000 (16) 3263-9400 (11) 4398-6634 (11) 2090-0550 (11) 4815-6444 (21) 2290-1588 (11) 2207-2300 (11) 5525-2000 (31) 3218-8030 (11) 2384-0155 (11) 2348-2374 (19) 3243-4814 (15) 3331-6800 (11) 5094-3200 (19) 3893-9208 (15) 3500-0530 (19) 3818-5858 (51) 3337-9500 (44) 3233-8500 (41) 3382-6481 0800 728-9110 (19) 3515-2000 (11) 3026-9655 (35) 3714-2660 (12) 3797-8800 (65) 3611-6500 (11) 2023-9016 (11) 2410-1190 (11) 99621-9305 (11) 2923-7200 (47) 3276-4000
Distribuidora de produtos para distribuição de energia
EMPRESA Adeel Materiais Elétricos Adelco AEPI do Brasil Alubar Balestro Baur do Brasil Blutrafos Bohnen+Messtek Brametal Brasformer Braspel Bree Eficiência Energética BRVal Electrical Cabelauto Cabos Elétricos Cerâmica São José Chardon Group Clamper Comtrafo D'Light Eaton Eletron Engenharia Industrial Eletrotrafo Exponencial Gazquez Painéis Elétricos Gimi Bonomi Latam Gimi Soluções em Energia GPB Barramentos Blindados Grupo Intelli Grupo LPEng IMS Power Quality Indel Bauru Isolet Itaipu Transformadores ITB JNG Jundtrafo KIT Acessórios KRJ Indústria e Comércio Kron Medidores Loja Elétrica Ltda Média Tensão Mersen MGM Diagnósticos Ltda Omicron Pextron PPC SANTANA Prysmian Group Rehtom RMS Romagnole S&C Electric Schneider Electric SEL Solano Transkav Sulminas Fios e Cabos Tecsys do Brasil Trael Transf. Elétricos Transformadores Uniao Treetech Tecnologia Urkraft Wago Brasil WEG
Revendas de materiais elétricos
Principal canal de vendas
A empresa é
Fabricante de produtos para distribuição de energia
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O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Distribuição de energia
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Indicadores de tensão
De potencial
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Reguladores de tensão
De corrente
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Componentes, materiais e acessórios
Encapsulados
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Isolador polimérico
x
Isoladores de porcelana
x
Transformadores de instrumentação
Automação de subestações
x
Para-raios Instrumentos para monitoramento de qualidade de energia
x
Relés eletromecânicos
x
Relés de estado sólido
x
Transdutores
x
Proteção contra arco
x
x
Anunciador de alarme
x
x
Automação de sistemas
Automação de estações
x
Uso externo
x
Uso interno
x
Religadora
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Com abertura sob carga
x
Sem abertura em carga
Interruptores
x
Disjuntores
Uso externo
Fusíveis
x
Chaves fusíveis
Uso interno
Painéis
x
Transformadores de potência
Subestações de média tensão
Chaves seccionadoras
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Pesquisa - Equipamentos para transmissão e distribuição de energia
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Distribuição de energia
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Equipamentos georreferenciados
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Equipamentos para análise e regeneração de óleo isolante
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Equipamentos para medição e ediagnóstico
x
Equipamentos para inspeção termográfica
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Manutenção
Filtro de harmônicas
x
Compensação em tempo real
x
Compensação paralela
Vidro
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Compensação serial
Poliméricos
x
Cerâmica
x
Espaçadores
GO SP SP SP SP SP SC SP ES SP PR RJ MG SP SP MG PR SP SP SP PR MG SP SP SP SP SP SP RS SP SP SP SP SP SP RJ SP SP MG SP SP SP SP SP SP SP SP RS PR PR SP SP SP MG SP MT SP SP SP SP SC
Terminações
UF
Compensação de reativos
Emendas
Cidade
Goiânia Barueri Itapevi São Paulo Mogi Mirim São Paulo Blumenau São Paulo Linhares São Paulo Quatro Barras Valença Itajubá Pedreira Bragança Paulista Lagoa Santa Cornélio Procopio Guarulhos Porto Feliz Pindamonhangaba Cornélio Procopio Belo Horizonte Mairiporã Suzano Suzano Suzano Orlândia Itaquaquecetuba Porto Alegre Bauru Itu São Paulo São Bernardo do Campo São Paulo Jundiaí Rio de Janeiro São Paulo São Paulo Belo Horizonte Guarulhos Cabreuva Campinas Sorocaba São Paulo Pedreira Sorocaba Mogi Guaçu Porto Alegre Mandaguari São José dos Pinhais Jurubatuba Campinas Osasco Poços de Caldas São José dos Campos Cuiabá São Paulo Atibaia São Paulo Jundiaí Jaraguá do Sul
Isoladores
Conectores
Site
www.adeel.com.br www.adelco.com.br www.aepi.com.br www.alubar.net.br www.balestro.com.br www.baurdobrasil.com.br www.blutrafos.com.br www.bohnen.com.br www.brametal.com.br www.brasformer.com.br www.bree.com.br www.brval.com.br www.cabelauto.com.br www.ceramicasaojose.com.br www.chardongroup.com www.clamper.com.br www.comtrafo.com.br www.dlight.com.br www.eaton.com/br/pt-br/ www.eletronengenhariaindustrial.com www.eletrotrafo.com.br www.exponencialmg.com.br/ www.gazquez.com.br www.gimibonomi.com.br www.gimi.com.br www.gimipogliano.com.br www.grupointelli.com.br www.lpeng.com.br www.ims.ind.br www.indelbauru.com.br www.isolet.com.br www.itaiputransformadores.com.br www.itb.com.br www.jng.com.br www.jundtrafo.com.br www.kitacessorios.com.br www.krj.com.br www.kron.com.br www.lojaeletrica.com.br/ www.mediatensao.com.br www.mersen.com www.mgmdiag.com.br www.omicronenergy.com www.pextron.com.br www.ppcinsulators.com www.br.prysmiangroup.com/ www.rehtom.com.br www.rms.ind.br www.romagnole.com.br www.sandc.com www.se.com www.selinc.com.br www.stkv.com.br www.sulminasfiosecabos.com.br www.tecsysbrasil.com.br www.trael.com.br www.transformadoresuniao.com.br www.treetech.com.br www.urkraft.com.br www.wago.com.br www.weg.net
Acessórios para cabos elétricos
Cabos especiais
Telefone
(62) 3092-1414 (11) 4199-7500 (11) 4143-9600 (91) 3754-7128 (19) 3814-9000 (11) 2972-5272 (47) 3036-3012 (11) 5567-0200 (27) 2103-9400 (11) 2969-2244 (41) 3167-4044 (24) 2453-5004 (35) 3629-2500 (19) 3852-9555 (11) 4481-2232 (31) 3689-9500 (43) 3520-4300 (11) 2937-4650 (15) 3481-9130 (12) 99168-3182 (43) 3520-5000 (31) 3317-5150 (11) 3380-8080 (11) 4752-9900 (11) 4752-9900 (11) 4752-9900 (16) 3820-1500 (11) 2901-7033 (51) 3382-2300 (14) 3281-7070 (11) 2118-3000 (16) 3263-9400 (11) 4398-6634 (11) 2090-0550 (11) 4815-6444 (21) 2290-1588 (11) 2207-2300 (11) 5525-2000 (31) 3218-8030 (11) 2384-0155 (11) 2348-2374 (19) 3243-4814 (15) 3331-6800 (11) 5094-3200 (19) 3893-9208 (15) 3500-0530 (19) 3818-5858 (51) 3337-9500 (44) 3233-8500 (41) 3382-6481 0800 728-9110 (19) 3515-2000 (11) 3026-9655 (35) 3714-2660 (12) 3797-8800 (65) 3611-6500 (11) 2023-9016 (11) 2410-1190 (11) 99621-9305 (11) 2923-7200 (47) 3276-4000
Cabos submarinos
EMPRESA Adeel Materiais Elétricos Adelco AEPI do Brasil Alubar Balestro Baur do Brasil Blutrafos Bohnen+Messtek Brametal Brasformer Braspel Bree Eficiência Energética BRVal Electrical Cabelauto Cabos Elétricos Cerâmica São José Chardon Group Clamper Comtrafo D'Light Eaton Eletron Engenharia Industrial Eletrotrafo Exponencial Gazquez Painéis Elétricos Gimi Bonomi Latam Gimi Soluções em Energia GPB Barramentos Blindados Grupo Intelli Grupo LPEng IMS Power Quality Indel Bauru Isolet Itaipu Transformadores ITB JNG Jundtrafo KIT Acessórios KRJ Indústria e Comércio Kron Medidores Loja Elétrica Ltda Média Tensão Mersen MGM Diagnósticos Ltda Omicron Pextron PPC SANTANA Prysmian Group Rehtom RMS Romagnole S&C Electric Schneider Electric SEL Solano Transkav Sulminas Fios e Cabos Tecsys do Brasil Trael Transf. Elétricos Transformadores Uniao Treetech Tecnologia Urkraft Wago Brasil WEG
Cabos subterrâneos
Cabos elétricos
Cabos aéreos
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Chaves de alta tensão Disjuntores de alta tensão Interruptores
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Instrumentos para monitoramento de qualidade de energia
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Com isolador polimérico Encapsulados Cabos aéreos Cabos subterrâneos
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Emendas Terminações Espaçadores Cerâmica Poliméricos Vidro
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Equipamentos georreferenciados
Equipamentos para análise e regeneração de óleo isolante
Compensação de reativos Equipamentos para medição e ediagnóstico
Equipamentos para inspeção termográfica
Filtro de harmônicas
Isoladores Compensação em tempo real
Acessórios para cabos elétricos
Compensação paralela
Cabos elétricos
Compensação serial
Conectores
Para-raios
Especiais
Sistemas de automação
Cabos submarinos
Com isoladores de porcelana
Automação de subestações
Relés eletromecânicos
x
Relés de estado sólido
Transdutores
Proteção contra arco
Automação de estações
Anunciador de alarme
Transformadores de potência
Subestações de alta tensão
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
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Transmissão de energia Manutenção
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Espaço Aterramento Por Paulo Edmundo da Fonseca Freire*
ABNT NBR-7117-1 /2020 Parte 4 - Arranjos de Schlumberger e de Wenner
Os dois principais arranjos de sondagem elétrica vertical são os de Schlumberger e de
Wenner, ambos baseados na utilização de quatro eletrodos alinhados e simetricamente espaçados com relação ao ponto central, cravados a uma profundidade que é uma pequena fração do espaçamento entre os eletrodos de tensão (h << MN). A relação entre a diferença de tensão medida entre os eletrodos internos M e N e a corrente injetada entre os dois eletrodos externos A e B resulta em uma resistência aparente (R = Δ V/I, com dimensão de Ohm) “vista” pelos dois eletrodos internos (de tensão). Esta resistência aparente é associada à distribuição da corrente injetada pelo equipamento de medição em um hemisfério isotrópico (de resistividade homogênea) e, se multiplicada por um fator associado à geometria de medição, resulta no valor da resistividade aparente do solo.
Arranjo de Schlumberger
Neste arranjo de medição (Figura 1) os eletrodos internos de tensão (MN) são mantidos
fixos, enquanto os eletrodos externos de corrente são deslocados e são feitas as medidas de corrente injetada entre os eletrodos AB e diferença de potencial entre os eletrodos MN. O sinal de tensão entre os eletrodos MN é monitorado pelo responsável pela medição e quando fica muito fraco (o que significa uma má relação sinal/ruído), os eletrodos de tensão são deslocados para uma abertura MN maior (“embreagem”, no jargão dos geofísicos) para que se obtenha uma diferença maior de tensão. No procedimento da “embreagem” deve-se ter o cuidado de preservar a relação AB > 5 MN e a medição deve ser repetida sem o deslocamento dos eletrodos de corrente, de modo a se obter duas leituras com o mesmo espaçamento AB, porém, com diferentes espaçamentos MN.
Se a profundidade de cravação dos eletrodos de tensão é pequena comparada com os
espaçamentos entre eles (h << MN), então, a resistividade aparente pode ser calculada pela seguinte fórmula:
59 59
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
A medição com o arranjo de Schlumberger tem a vantagem de
revelar os desvios estáticos que ocorrem à medida que os eletrodos
muito menor do que o espaçamento entre eletrodos, ou seja, h << a (onde a = MN), a expressão acima pode ser assim simplificada:
de tensão são deslocados, permitindo o ajuste do desvio vertical da curva média se forem disponíveis informações adicionais sobre o solo local, como, por exemplo, a profundidade do freático.
Se o espaçamento entre os eletrodos de corrente for igual a
Se na expressão do arranjo de Schlumberger considerarmos
cinco vezes o espaçamento entre os eletrodos de potencial (AB = 5
que se a = b, então MN = AB/3 e a expressão reduz-se à do arranjo
MN), então a expressão se reduz a:
de Wenner, confirmando que o arranjo de Wenner é um caso particular do arranjo de Schlumberger que, entretanto, não atende o requisito de AB > 5 MN. O uso do recurso da “embreagem”, que permite a detecção dos desvios estáticos associados a distintas aberturas dos eletrodos MN, não é possível na técnica de Wenner,
Esta última expressão pode ser vista como uma variante do
uma vez que nesta última os quatro eletrodos são deslocados em
método de Wenner, pois para manter constante esta relação de
todas as medições, de modo a manter o espaçamento a constante.
espaçamentos entre eletrodos há que se mover sempre os quatro
eletrodos a cada medição. Neste caso perde-se a informação do
de espaçamento entre eletrodos (a), que normalmente obedecem à
desvio estático associado a cada espaçamento de eletrodos de
seguinte progressão geométrica: a = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 m... Tem-
tensão, que vem a ser uma desvantagem do arranjo de Wenner.
se, portanto, que para cada ponto de sondagem são efetuadas
O procedimento de medição é realizado para diversos valores
diversas leituras de resistência aparente, correspondentes à variação do espaçamento entre eletrodos, que podem ser associadas à resistividade aparente do solo pela equação ρa = 2π.a.R, onde o termo 2πa é o fator geométrico.
Figura 1 - Arranjo de Schlumberger.
Arranjo de Wenner
Neste arranjo de medição (Figura 2), os quatro eletrodos A,
Figura 2 – Arranjo de Wenner: quatro eletrodos alinhados e igualmente espaçados.
M, N e B são deslocados a cada medição de corrente injetada entre A e B e tensão medida entre M e N, de modo a preservar o espaçamento a entre eletrodos. A resistividade aparente para cada espaçamento é calculada a partir da expressão:
*Paulo Edmundo da F. Freire é engenheiro eletricista, mestre em Sistemas de Potência (PUC-RJ) e doutor em Geociências (Unicamp). Tem curso de especialização em aterramento pela SES (Montreal/Canadá) e tem dezenas de trabalhos apresentados sobre o tema aterramento em congressos no Brasil e no exterior. É sócio fundador da empresa PAIOL Engenharia e atua há mais de 40 anos em projetos de sistemas de aterramento e de proteção contra descargas atmosféricas. É membro da CE 03:102 – Comissão de
Se os eletrodos de medição puderem ser considerados pontuais, o que ocorre quando a profundidade de cravação for
estudos de “Segurança em Aterramento Elétrico de Subestações C.A”, que faz parte do Comitê Brasileiro de Eletricidade (CB-03), do Comitê Brasileiro de Eletricidade, Eletrônica, Iluminação e Telecomunicações (Cobei).
60
Espaço SBQEE
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Por Pedro Block, Henry Salamanca, Diogo Dahlke, Luis Gamboa, Renatto Carvalho e Daniel Ussuna*
Avaliação da resposta em frequência de TPs – Soluções, aplicações e experiência de campo
A matriz energética brasileira vem sendo
de buchas de transformadores de potência ou de
gradativamente alterada com a inserção de
reatores em derivação entre outros.
fontes renováveis tanto nas redes de transmissão
como distribuição. Neste cenário, destacam-se
eliminarem a não linearidade na frequência da
as fontes de geração eólica e fotovoltaica, ambas
medição, e, portanto, aparentarem ser mais
com características de geração intermitente e
adequados, a utilização destes equipamentos
conectadas à rede elétrica através de inversores
acarreta em diversas dificuldades técnicas e
de frequência. Este tipo de conexão aumenta
operacionais, como por exemplo, a necessidade
a preocupação com os impactos na qualidade
de instalação de elementos adicionais de alta
da energia elétrica, seja para análises em
tensão de subestações já existentes, o que além
regime permanente (harmônicos, sobretensões,
dos elevados custos exige estudos elétricos
flutuações), seja para Variações de Tensão de
para o impacto (principalmente dos elementos
Curta Duração (VTCD).
capacitivos) em regime permanente e transitório.
Para avaliação dos fenômenos supracitados,
Desta forma, entende-se que a utilização dos
um dos fatores relevantes, que na maioria dos
equipamentos, como TPCs com taps específicos
estudos é desconsiderado, é a resposta em
lineares na frequência, DPC, DPCR entre outros
frequência dos transformadores de potencial (TPs),
se apresenta como solução a ser observada
a qual pode alterar a grandeza medida em mais de
e considerada em empreendimentos futuros,
200% em determinadas frequências. Neste sentido,
com difícil aplicação em empreendimentos já
verifica-se o reflexo na regulamentação atual,
operacionais ou em construção.
que apresenta na última revisão da NT 009/2016
“instruções para a realização de estudos e medições
regulamentação técnica do órgão regulador (NT
de QEE relacionados aos acessos à rede básica ou
009/2016) e as dificuldades intrínsecas à aplicação
aos barramentos de fronteira com a rede básica
de equipamentos mais robustos para mitigação da
para parques eólicos, solares, consumidores livres
não linearidade de TPs na frequência, a solução
e distribuidoras”. A necessidade da consideração
com maior viabilidade técnica e econômica, e que,
da não linearidade da resposta em frequência dos
portanto, vêm sendo mais aplicada no setor elétrico
TPs em campanhas de medição de qualidade de
nacional é a caracterização da curva de resposta em
energia elétrica (QEE).
frequência dos TPs e a correção das medições de
Na nota técnica supracitada, além da
QEE com base nesta curva. O levantamento da
caracterização do comportamento ao longo
curva de resposta em frequência de TPIs e TPCs é
da frequência de transformadores de potencial
um assunto de estudo há mais de duas décadas.
capacitivos (TPCs) e transformadores de potencial
Porém, normalmente, os ensaios de resposta
indutivos (TPIs) para diferentes classes de tensão
em frequência são aplicados para diagnóstico
justificando a temática discutida, são apresentadas
de defeitos mecânicos em transformadores de
alternativas e soluções para contornar a não
potência. Além disso, os tradicionais ensaios de
linearidade destes equipamentos. Tais soluções
SFRA (do inglês Sweep Frequency Response
vão desde o levantamento da resposta em
Analysis) e IFRA (do inglês Impulse Frequency
frequência dos TPs e posterior correção dos
Response Analysis) aplicados em transformadores
dados de monitoração de QEE, à utilização de
de potência não apresentam resultados satisfatórios
equipamentos mais sofisticados e destinados
quando aplicados em TPs devido às diferenças
para este fim como TPCs com tap especifico
construtivas dos equipamentos e especificidades
para campanhas de medição de QEE, divisores
dos medidores comerciais de SFRA.
de potencial capacitivos (DPC) e capacitivos
resistivos (DPCR), utilização dos taps capacitivos
transformador de potencial e um transformador de
Apesar do uso dos equipamentos citados
Tendo em vista as soluções descritas na
A principal diferença construtiva entre um
Espaço SBQEE
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
61
potência, que impacta no uso de equipamentos
da resposta em frequência de TPs, bem com
também na frequência de ressonância. Dessa
comerciais para caracterização da resposta em
apresentados diversos cases de trabalhos de
forma, com base nas experiências de campo
frequência de TPs é a relação de transformação.
campo realizados pelas equipes do CEPEL e ONS.
da equipe do Lactec, verifica-se que TPs que
Considerando um transformador de potência
Tendo em vista a exigência normativa e
não sejam estritamente iguais, com mesmos
comum de 230 kV/69 kV, a relação entre o
o entendimento técnico da necessidade de
dados de placa e projeto de fabricação, devem
primário e o secundário é de aproximadamente
correção da resposta em frequência dos TPCs
ser avaliados independentemente, pois podem
3,33 vezes. Já um TP de mesma classe de tensão
e TPIs utilizados nas campanhas de medição de
existir diferenças significativas na resposta em
(230 kV) usualmente possui uma relação entre o
QEE, somado ao fato da grande demanda de
frequência caracterizada.
primário e o secundário de 2000 vezes, fazendo
acessantes que necessitam que essa avaliação
com que questões de condicionamento de
seja realizada em empreendimentos já em
foi destacar a relevância técnica da caracterização
sinais, relação sinal ruído, entre outros, devam ser
operação, o Lactec desenvolveu um sistema de
da resposta em frequência de TPs para realização
abordadas de forma distinta.
caracterização da resposta em frequência de TPs
de campanhas de medição de QEE, detalhar
o
passível de utilização em campo com as medições
as opções que existem para mitigar as não
levantamento da resposta em frequência de
sendo realizadas no pátio da própria subestação.
linearidades existentes, desafios enfrentados bem
TPs para avaliação de QEE e o ensaio de SFRA
O equipamento foi desenvolvido tendo em vista
como passar de forma suscinta alguns detalhes da
comercial está no range de frequência avaliada.
a metodologia descrita no relatório Re. ONS –
experiência de campo dos trabalhos realizados
Considerando que o principal fenômeno de
2.1-028/2005 descrito anteriormente, porém,
pela equipe do Lactec. Por fim, ressalta-se que
QEE hoje corrigido pelas curvas de resposta em
garantindo a qualidade e confiabilidade dos
existem diversos campos de estudo e pesquisa
frequência de TPs são as distorções harmônicas
dados medidos em campo, e integrado com um
dentro do contexto da caracterização da
de tensão, e segundo a regulamentação
software de medição e avaliação automática.
resposta em frequência de transformadores de
nacional, estas distorções devem ser medidas
A partir do desenvolvimento do sistema de
potencial, avaliando questões como impacto da
e avaliadas até a 50a ordem harmônica, ou
medição supracitado, o Lactec vem atuando
magnetização do núcleo, impedância da carga
seja, 3 kHz, a curva de resposta em frequência
em todo o Brasil caracterizando a resposta
secundário, o Tap do transformador, a utilização
dos TPs usualmente é caracterizada na faixa
em frequência de TPCs e TPIs de diferentes
da bobina de carrier, a utilização de circuito de
de poucos kHz. Já os ensaios de SFRA são
fabricantes,
amortecimento de transitórios, modelagem e
usualmente caracterizados até frequências muito
fabricação, entre outros. Já foram caracterizados
mais elevadas, chegando a MHz, isto pois para
mais de 20 TPs de classes de tensão de 13,8
o diagnóstico de defeitos as frequências de
kV a 550 kV, fabricados na década de 1970 até
interesse tendem a ser bem elevadas. Tendo
equipamentos recém-fabricados, TPs de pátio e
em vista as diferenças entre os ensaios e os
de SE abrigadas. A conclusão mais importante
equipamentos descritas, bem como os resultados
é a grande variabilidade entre as curvas de
de ensaios laboratoriais comparativos realizados
resposta em frequência obtidas. A análise destes
pela equipe do Lactec; não é recomendada a
resultados auxilia na discussão de uma dúvida
utilização de equipamentos comerciais de SFRA
recorrente no setor elétrico, no tocante da
para realização de ensaios de caracterização
caracterização da resposta em frequência de TPs
de resposta em frequência de TPs no âmbito
para QEE: Quando podemos considerar um TP
da análise da QEE sem que seja realizada uma
semelhante ao outro e utilizar a mesma reposta
avaliação criteriosa desses resultados.
em frequência para ambos? Em outras palavras,
Nesse contexto, considerando então todas
quais parâmetros físicos e construtivos dos
as especificidades da caracterização da resposta
equipamentos impactam na resposta levantada
em frequência de transformadores de potencial
em campo?
no âmbito da QEE, foi proposta uma metodologia
A
de medição que garanta uma medição adequada
supracitada, verifica-se que os pontos de
para os fenômenos de QEE, com foco principal
ressonância da resposta em frequência dos TPs
nas distorções harmônicas da forma de onda. Esta
são muito sensíveis aos parâmetros construtivos
metodologia é apresentada pelo próprio ONS
destes equipamentos, influenciados desde a
no relatório técnico elaborado pelo Cepel em
tensão nominal, fabricante, natureza indutiva ou
conjunto com o ONS (Re. ONS – 2.1-028/2005
capacitiva, quantidade de enrolamentos, carga
– Definição das metodologias e procedimentos
nominal do enrolamento secundário, tempo
necessários às campanhas de medição dos
de operação e histórico de eventos/falhas ao
indicadores de desempenho). Neste documento
longo da vida, utilização da bobina de carrier
são descritas as características principais do que
ou circuitos supressores de surtos, afetando não
se entende como o sistema de caracterização
somente na magnitude da ressonância como
Outra
diferença
significativa
entre
partir
classes
da
de
tensão,
experiência
anos
de
de
campo
O principal objetivo da discussão apresentada
simulações computacionais, entre outros. *Pedro Augustho Biasuz Block é mestre em Sistemas de Energia pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) e graduado em Engenharia Industrial Elétrica com ênfase em Eletrotécnica. Atua como pesquisador do Lactec. Henry Leonardo Lopez Salamanca possui graduação em Engenharia Elétrica, mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (2007) na área de concentração de automação e sistemas, e doutorado em Ciências, área de concentração Engenharia de Automação e Sistemas. Atualmente trabalha como pesquisador no Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – Lactec. Diogo Biasuz Dahlke possui graduação em Engenharia Industrial Elétrica com ênfase em Eletrotécnica e mestrado em Sistemas de Potência pela Universidade Federal do Paraná. Atualmente é Pesquisador do Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – Lactec. Luis Ricardo Alfaro Gamboa possui graduação em Engenharia Operacional Eletrotécnica, especialização em Materiais Para Equipamentos Elétricos pela Universidade Federal do Paraná. Atualmente é pesquisador do Lactec. Renatto Vaz Carvalho possui graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em eletrônica pela Universidade Federal do Paraná e mestrado em Engenharia Elétrica pela mesma instituição. Atualmente é pesquisador nos institutos Lactec. Daniel de Andrade Ussuna possui graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica e Telecomunicações, mestrado em Engenharia Elétrica área de concentração Instrumentação Eletrônica pela Universidade Federal do Paraná. Atualmente, é pesquisador no Lactec.
Proteção contra raios
Apoio
62
Jobson Modena é engenheiro eletricista, membro do Comitê Brasileiro de Eletricidade (Cobei), CB-3 da ABNT, onde participa atualmente como coordenador da comissão revisora da norma de proteção contra descargas atmosféricas (ABNT NBR 5419). É diretor da Guismo Engenharia | www.guismo.com.br
Quem disse que para-raio atrai o raio?
A ideia de se criar um captor ionizante
alternativas e produzir um benefício líquido
com a utilização da radioatividade foi
positivo para a sociedade”, motivo pelo qual
concebida originalmente em 1914 pelo físico
desde 19 de abril de 1989, através de uma
húngaro J. B. Szillard, colaborador do casal
resolução emitida pela Comissão Nacional
de cientistas Pierre e Marie Curie.
de Energia Nuclear (CNEN), publicada
Szillard ensaiou um captor Franklin
no D.O.U. de 09 de maio de 1989, foi
contendo sal de rádio e constatou que
proibida no Brasil a instalação de captores
quando esse dispositivo era colocado sob
radioativos no SPDA. A resolução atribuía
campo elétrico intenso, a corrente resultante
ainda um prazo máximo de cinco anos para
era consideravelmente maior do que aquela
que todos os captores já instalados fossem
medida utilizando-se um captor em condição
retirados.
convencional. Esse incremento de corrente,
que criaria um caminho preferencial de
5419-3:2015 cita em 5,2,2:“... Métodos
atração para o raio, foi atribuído à ionização
aceitáveis a serem utilizados na determinação
do ar provocada pelas partículas radioativas
da posição do subsistema de captação
ali adicionadas. A forma proposta para
incluem:
Além da proibição legal, a ABNT NBR
obter o aumento da corrente elétrica foi o conceito que incentivou várias iniciativas
a) Método do ângulo de proteção;
para fabricação dos captores providos com
b) Método da esfera rolante;
elementos radioativos.
c) Método das malhas.”
Esses captores utilizando Radium 226
e Amerício 241 passaram a ser largamente
Assim,
utilizados em quase todo o mundo chegando
caracterizam proteção conforme a ABNT NBR
ao Brasil nos anos de 1970.
5419:2015, portanto, qualquer instalação
captores
radioativos
não
Após a realização de inúmeros ensaios,
que possua este componente deve sofrer
em laboratório e em campo, ao redor do
intervenção imediata tendo o dispositivo
mundo, o aumento do volume de proteção do
retirado e o subsistema redimensionado
subsistema de captação do SPDA (Sistema
conforme um dos três métodos de captação
de Proteção contra Descargas Atmosféricas)
anteriormente citados.
oferecido pelos captores radioativos em
relação aos captores convencionais foi
é um sistema ilegal de proteção contra
tecnicamente refutado, contrariando assim
descargas atmosféricas, da mesma forma
o princípio da justificativa de sua aplicação:
que outros tipos de elementos captores
“qualquer atividade envolvendo exposição à
que prometam “atrair o raio” não estão
radiação deve ser justificada em relação a
normalizados no nosso país.
O SPDA que possua captor radioativo
64
Iluminação pública
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Luciano Haas Rosito é engenheiro eletricista, diretor comercial da Tecnowatt e coordenador da Comissão de Estudos CE: 03:034:03 – Luminárias e acessórios da ABNT/ Cobei. É professor das disciplinas de Iluminação de exteriores e Projeto de iluminação de exteriores do IPOG, e palestrante em seminários e eventos na área de iluminação e eficiência energética. | lrosito@tecnowatt.com.br
Chamada pública do Procel Reluz 2021 Dando sequência nesta série de artigos
recursos seja feita sempre de forma justa e
eles, sendo eliminatório o RBC (Relação
sobre o tema iluminação, iremos tratar do
transparente bem como requisitos técnicos
benefício/custo) que deve ser superior
tema sobre a chamada pública do Procel
aprimorados para melhor qualificar os
ao
Reluz lançada no dia 31 de maio de 2021.
projetos obtendo maior nível de eficiência.
luminotécnico atendendo à ABNT NBR
A última chamada pública realizada em
A consolidação do Selo Procel para
5101, e os critérios de pontuação tais
junho de 2019 teve grande adesão sendo
luminárias públicas também vem a somar
como: luminárias com Selo Procel e seus
encerrada em dezembro de 2019 com a
nesta melhoria da qualidade dos projetos
respectivos índices, capacitação do EAD
seleção dos projetos de 67 municípios,
e
do Procel Reluz, informações técnicas
além de consórcios (mais 10 cidades a
tecnologias e equipamentos qualificados
completas
serem beneficiadas), dando a oportunidade
e medidos para que gerem o benefício
sendo
a 77 municípios utilizarem em torno de 30
esperado.
complementares a outras iniciativas de
milhões de reais para a qualificação de sua
No Edital também estão definidos os
eficientização, bem como o percentual de
iluminação pública. Na chamada pública de
prazos para cada fase da chamada, sendo
recursos próprios do município . A TIR de
2021 serão até 65 milhões de reais que
um dos mais importantes a data de 28
projeto acima de 6,5% segue sendo critério
poderão ser utilizados, ou seja, mais que
de julho de 2021 para encerramento das
de bonificação e não de desclassificação.
o dobro da última chamada, tendo o prazo
inscrições e 30 de julho de 2021 o limite
Segue como compromisso do município
final para envio dos projetos no dia 30 de
para entrega das propostas. A divulgação
apresentar em 24 meses, a partir da
julho de 2021.
final do resultado da chamada pública está
primeira parcela liberada, um plano diretor
que
realmente
sejam
empregadas
mínimo
estabelecido,
das
propostas,
o
projeto
luminárias
que
estão
projetos
que
sejam
Desde o último ciclo até o momento
prevista para o dia 16 de setembro de 2021.
de iluminação pública de seu município.
diversos municípios, sejam com o Reluz,
Foi estabelecida uma condição especial
sejam com outras fontes de recursos ou
para esta chamada de um acréscimo de até
que os municípios busquem recursos para
com recursos próprios, vêm modificando
10% de pontos novos (do total de pontos
qualificar a iluminação, e mesmo aqueles
seus sistemas de IP para tecnologia LED,
de todo o projeto), desde que utilizados
que não forem contemplados passem a
promovendo a eficiência energética e
os indicadores luminotécnicos da ABNT
seguir estas premissas para a realização de
melhorando a gestão de seus recursos.
NBR 5101, não estando contemplados os
novos projetos. Novamente, a expectativa é
Como base para esta transformação, deve
custos de instalação de postes ou de novas
que as prefeituras, de maneira individual ou
ser apresentado um estudo dos locais
redes de alimentação. Está disponível no
em consórcios, de forma direta ou através
a serem substituídos incluindo o projeto
site da chamada pública um tutorial para a
de consultores, apresentem seus projetos
luminotécnico de maneira que seja atendida
apresentação dos projetos bem como os
com a maior qualidade possível, atendendo
a norma ABNT NBR 5101 – Iluminação
modelos de toda documentação que deve
e superando os requisitos normativos
púbica - Procedimento, que trata dos
ser apresentada. Basta acessar: https://
mínimos, tanto no que diz respeito à
níveis de iluminação e uniformidade, entre
eletrobras.com/pt/ Paginas/Chamada-
economia de energia quanto melhoria da
outros critérios de projeto. Neste período,
Publica-Procel-Reluz.aspx
iluminação, utilizando os recursos públicos
também foram feitas novas modificações e
Diversos
aprimoramentos para que a distribuição dos
avaliados como parte do projeto, dentre
critérios
técnicos
serão
O Procel Reluz é uma das formas para
de forma a melhorar o sistema de iluminação das cidades do Brasil.
65
Quadros e painéis
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Nunziante Graziano é engenheiro eletricista, mestre em energia, redes e equipamentos pelo Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (IEE/ USP), Doutor em Business Administration pela Florida Christian University, Conselheiro do CREASP, membro da Câmara Especializada de Engenharia Elétrica do CREASP e diretor da Gimi Pogliano Blindosbarra Barramentos Blindados e da GIMI Quadros elétricos | nunziante@gimipogliano.com.br
Sensores, indústria 4.0 e a segurança do trabalhador
Prezado leitor, o tema que gostaria de
tantos outros.
discutir hoje é o futuro do trabalhador de
Todas estas facilidades listadas trazem
sistemas elétricos do século XXI, recheados
muitas informações que evitam a presença do
de “indústria 4.0”.
operador diante do painel exposto ao risco,
A discussão começa com o fato de que
por exemplo, a medição de temperatura,
o trabalhador, notadamente o eletricista de
“termografia”, com as portas abertas, que é
operação e manutenção industrial, quando do
evitada com o uso de sensores de temperatura
seu ofício, sempre está exposto a algum tipo
wi-fi, monitoramento de correntes de cargas
de risco de origem elétrica e tudo aquilo que
dia a dia, que podem indicar operação em
pode ser feito como medida de engenharia
sobrecarga destes equipamentos evitando
para eliminar ou mitigar estes riscos, vale a
acidentes, etc..
pena o custo.
A
estrela
desta
festa
digital
é
o
benéfico
telecomando. Podemos monitorar e controlar
impulso tecnológico tem gerado receio nos
o funcionamento de tudo pelas telas de
trabalhadores, quanto à manutenção de seus
dispositivos móveis ou computadores com
empregos. Mas isso é realmente fato?
poucos cliques ou toques. Essa facilidade
Ocorre
que
este
mesmo
Pensemos inicialmente nos benefícios,
tem a capacidade de tirar por completo a
que passo a elencar alguns deles. Atualmente,
presença de operadores diante dos painéis,
o conceito de Indústria 4.0 aplicado aos
o que é, do ponto de vista da segurança, uma
conjuntos de manobra e comando, sejam
medida de engenharia NOTÁVEL.
eles de baixa ou de média tensão, tem
recheado estes painéis de sensores. Estes
então que os profissionais começassem a
dispositivos têm agregado muita inteligência
temer o fechamento de vagas de emprego
na obtenção de dados muito relevantes,
para
tais como temperatura de contatos e de
instalações por conta exatamente da mesma
dispositivos, umidade e ponto de orvalho
medida de engenharia que lhes garante
dentro dos invólucros, pressão e temperatura
segurança ao exercer seu trabalho?
de compartimentos preenchidos com gás ou
Discussão
líquidos isolantes, correntes e tensões para
manifestação a respeito desse assunto para
as mais variadas aplicações, sensores de luz
intensificarmos as discussões sobre o tema.
e poeira, redes de comando e controle, entre
Boa leitura!
Vendo a coisa por outro lado, faria sentido
profissionais
da
operação
complexa!
destas
Aguardo
sua
66
Redes subterrâneas em foco
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Daniel Bento é engenheiro eletricista com MBA em Finanças e certificação internacional em gerenciamento de projetos (PMP®). É membro do Cigré, onde representa o Brasil em dois grupos de trabalho sobre cabos isolados. Atua há mais de 25 anos com redes isoladas, tendo sido o responsável técnico por toda a rede de distribuição subterrânea da cidade de São Paulo. É diretor executivo da Baur do Brasil | www.baurdobrasil.com.br
Concessionárias de transmissão: gestão da O&M em cabos subterrâneos AT A coluna técnica deste mês é especial porque eu tenho a satisfação de escrevê-la em parceria com o colega Rogério Pereira de Camargo*. O Eng. Rogério Camargo tem uma longa experiência com O&M em concessionárias de transmissão e junto comigo irá compartilhar um pouco do seu conhecimento sobre O&M de linhas de transmissão subterrâneas de alta tensão.
cabos
- Garantia de que as LTS estejam bem-
quantidade, eram instalados em um nível
subterrâneos, como consequência, vários
sinalizadas. As falhas nos cabos subterrâneos
de tensão até 138 kV e operados pelas
investidores com pouca experiência na gestão
são em sua maioria causadas por terceiros,
concessionárias de distribuição. Mesmo as
de ativos de cabos subterrâneos entraram
ou seja, interferências de outras obras que
poucas exceções de linhas de transmissão
neste mercado e encontram-se, atualmente,
podem danificar a isolação e tirar a LTS de
subterrâneas (LTS) que possuíam níveis
com projetos em andamento ou assumiram
operação, causando impactos financeiros e,
de tensão maiores (345 kV) eram também
a operação comercial há pouco tempo.
em alguns casos, de suprimento de energia;
operadas por concessionárias de energia
Diferentemente do que era prática do
- Equipamentos e equipe para localização
tradicionais no mercado brasileiro. Esses
setor no passado, em que as concessionárias
da falha e reparo. É necessário possuir
empreendimentos eram, em quase sua
tradicionais com experiência neste tipo de
equipamentos de localização de falha e de
totalidade, instalados em áreas urbanas, em
ativo projetava, instalava e realizava a gestão
teste de tensão aplicada em frequência de
que há restrição de espaço para a instalação
da O&M das LTSs por anos, atualmente
ressonância para comissionar os trabalhos,
de linhas aéreas.
vivemos um novo momento em que o mercado
bem como mão de obra especializada para
Com o aumento da carga em diversas
de transmissão é bastante dinâmico, onde
realizar os testes e também para fazer as
capitais brasileiras e a necessidade de reforço
alguns controladores, liquidam seus ativos
confecções das emendas e/ou terminações
no sistema de transmissão, tem aumentado,
de forma mais rápida ao longo do contrato
ou ter contrato com empresa especializada
nos últimos leilões de transmissão da Aneel,
de concessão. Diante deste cenário de
para realizar os trabalhos;
o número de empreendimentos de linhas
novos players, sem experiência e histórico
-
de transmissão subterrâneas com níveis de
de manutenção, controlando ativos que
procedimento e equipe dedicada para
tensão igual ou acima de 230 kV.
contêm
merecem
fazer a gestão de sobressalentes. Essa
os
destaque alguns pontos importantes que
atividade torna-se vital pela complexidade
empreendimentos de cabos subterrâneos
podem contribuir com o SEB, bem como
dos
eram,
servir de ponto de atenção a estes novos
terminações têm características especificas
controladores que detinham conhecimento
controladores:
e, dependendo do fornecedor, possuem
técnico e controle da gestão da O&M
- Importância de dados cadastrais de alta
fitas e/ou resinas com validade determinada
dos cabos subterrâneos construídos com
confiabilidade. Diferentemente da linha de
inferior a todo o conjunto, logo, devem ser
anos de experiência além de uma maior
transmissão aérea, as linhas de transmissão
gerenciadas para sempre estar em plenas
quantidade de ativos. Desde 2013 e com
subterrâneas (LTS) não são visíveis, logo,
condições de uso. Outro agravante do
aumento expressivo nos últimos leilões de
caso exista dúvida é essencial fazer a
“Spare parts” é a sua indisponibilidade no
transmissão, foram licitados diversos lotes
checagem do traçado da linha;
mercado brasileiro. Para níveis de tensão
Os cabos subterrâneos, em sua maior
Ocorre até
que, então,
historicamente, de
propriedade
de
de
empreendimentos
cabos
contendo
subterrâneos,
Gestão
dos
sobressalentes:
sobressalentes.
As
possuir
emendas
e
67
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
igual ou acima de 230 kV não é raro o tempo
tensão possuem, em sua grande maioria,
médio da entrega pelo fornecedor ser de até
alta confiabilidade e sua falha não é comum,
seis meses depois do pedido de compra
porém, como qualquer elemento elétrico
feito.
ele não é a prova de falhas, logo, a equipe técnica de O&M deve estar preparada
Diante deste cenário e, para contribuir
para fazer a localização da falha, que pode
com os gestores da O&M de empreendimento
ser extremamente complexa, tendo em
que possuem cabos subterrâneos, sugerimos
vista que a LTS está enterrada e também
a seguinte ação:
possuir materiais e mão de obra adequada
para fazer o reparo e o comissionamento
Elaboração de plano de gestão da LTS
dos serviços. A localização da falha em
cabos subterrâneos exige equipamentos
Este plano deve ser dividido em três
grupos de ações:
Figura 1 – Equipamento de teste de tensão aplicada e frequência ressonante (esquerda) e emenda de 230 kV sendo confeccionada (direta).
especiais que não são fabricados no Brasil e que deve atender as características
Ações para mitigar a falha
técnicas da LTS, ou seja, equipamentos
Considerando que grande parte da
que operam adequadamente na média
origem das falhas é causada por terceiros,
tensão podem não funcionar nas linhas de
o plano deve conter ações específicas
alta tensão, logo é imprescindível que o
para mitigar esse problema, introduzindo
gestor da LTS conheça os equipamentos
inspeção visual diária no traçado para checar
adequados e as técnicas de localização
e orientar terceiros sobre possíveis riscos
com equipe bem treinada. O guia do IEEE
de escavação e dano ao cabo. Também é
1234 trata desse assunto e também a
preciso realizar trabalho conjunto com os
brochura técnica 773 do Cigré. Outro
prestadores de serviços públicos locais que
ponto de destaque a qualificação da
podem interferir com o traçado do cabo
mão de obra para realizar o reparo após
subterrâneo: companhia de água e esgoto,
a
prefeitura, companhia de gás, distribuidora
emendas e terminações de alta tensão
de energia elétrica, companhias de telefonia
exige vasta experiencia, caso contrário o
e internet móvel, concessionárias rodoviárias,
reparo não será bem executado e poderá
entre outras. O objetivo é informar e mitigar os
falhar no teste pós reparo ou pior (quando
riscos de interferências e a boa convivência
se opta por não realizar o teste de tensão
entre todos.
aplicada) após a energização ou durante
Dentro ainda das ações para mitigar
a operação do circuito. O teste de tensão
falha, deve ser elaborado um plano para
aplicada conjuntamente com medições de
realizar manutenções preditivas de descargas
descargas parciais após o reparo tem a
parciais. A medição de descargas parciais é
finalidade de validar que os serviços foram
fundamental para detectar defeitos ocultos
bem executados e que o sistema pode ser
no isolante dos cabos e acessórios e tem
energizado. A IEC 60840 e a IEC 62067
se mostrado a melhor técnica para prevenir
definem os parâmetros de testes para as
desligamentos não programados. Também
classes de tensão de 36kV até 150kV e
deve ser realizada manutenção preventivas
até 500kV respectivamente.
localização
da
falha.
Confeccionar
nos Link Box e caixas de passagem ao longo do traçado.
Ações de gestão das peças sobressalentes
Gestão muito cuidadosa no controle dos
Ações quando houver falha
sobressalentes, tendo em vista que eles são
vitais e com tempo de aquisição demorada.
Sabemos que os cabos isolados de alta
Figura 2 – Equipamento e gráfico de descargas parciais online.
Conclusão O mercado de transmissão no Brasil mudou muito nos últimos anos. Novos controladores possuem ativos importantes e vitais para os suprimentos de energia principalmente em grandes centros. Linhas de transmissão subterrâneas estão sendo instaladas e geridas por novas empresas e é fundamental que o O&M seja realizado de forma adequada. O objetivo deste artigo é compartilhar algumas boas práticas de gestão dessas LTS. *Rogério Pereira de Camargo é engenheiro eletricista, com MBA em Gestão de Negócios e Pós-graduação em Engenharia de Manutenção. Possui mais de 25 anos de experiência em gestão de O&M em concessionárias de geração e transmissão. https://www.linkedin.com/in/ rogeriopereiradecamargo/
68
Energia com qualidade
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
José Starosta é diretor da Ação Engenharia e Instalações e membro da diretoria do Deinfra-Fiesp e da SBQEE. jstarosta@acaoenge.com.br
Conceitos básicos de eletrotécnica aplicada - 8ª parte Cargas das instalações e linearidade – cargas não lineares e fator de potência (continuação)
Uma medição típica de um instrumento
tempo é variável em função do comportamento
que efetua a leitura e registra sinais
da carga.
harmônicos instantâneos é representada na
Figura 1. Observe o espectro harmônico,
possa apresentar determinada característica
a forma de onda e a tabela com os valores
“rotulada” de componentes harmônicas fixas
eficazes compostos pelos sinais harmônicos
pode gerar interpretações – e pior – soluções
de tensão e corrente.
de contorno equivocadas.
Os instrumentos indicam ainda os valores
A ideia de que uma carga ou instalação
Assim como as intervenções clássicas
de distorção total de corrente e tensão THDI,
nas instalações elétricas prescindem de
THDV, fator de crista dos sinais de corrente e
uma análise física e medições ao longo da
tensão e outras informações pertinentes.
variável do tempo em resolução adequada,
objetivando
Também são apresentadas as medições
o
pleno
conhecimento
Figura 2 – Comportamento temporal das correntes de 5ª harmônica e fundamental.
da
das potências ativa, reativa, aparente, e fator
mesma, quando a instalação possuir carga
de potência total e ainda o fator de potência
não linear será necessário se conhecer
na frequência fundamental definido por DPF
o comportamento dinâmico das variáveis
“displacement power factor”.
relacionadas ao comportamento distorcido. Será então necessário que se conheça o perfil de THDV e THDI ao longo da operação da instalação, bem como das harmônicas característica.
Figura 3 – Comportamento temporal das correntes de 5ª harmônica e fundamental.
A Figura 2 apresenta o comportamento
da 5ª harmônica em relação à fundamental
Figura 1 – Exemplo de leitura e registro de espectro harmônico, forma de onda e tabela com registros de variáveis elétricas.
em uma carga com acionamento estático
em corrente contínua (entrada AC), e a
efetuadas em uma subestação retificadora de
figura 3 o comportamento da distorção
sistema de metrô. Nota-se que:
As medições das Figuras 4 a 11 foram
total de tensão (THDV), além da corrente e tensão de 5ª harmônica durante a operação
• O perfil da potência ativa é variável e
Distorção harmônica, comportamento e curva de carga: aspectos dinâmicos
de um compensador estático de reativos.
depende da alimentação da carga em 22
Observa-se o efeito de filtro durante os
kV com a proximidade das composições da
O comportamento das componentes
períodos de operação, com a redução da 5ª
estação onde a subestação elétrica está
harmônicas (corrente e tensão) ao longo do
harmônica e THDV.
localizada;
69
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
• As correntes harmônicas variam conforme a carga e são variáveis; • A morfologia dos gráficos das correntes harmônicas e da fundamental são próximas; • As distorções de corrente e tensão THDV e THDI possuem relação com o comportamento da carga; • As correntes harmônicas e as tensões
Figura 8 – Espectro de distorção de correntes.
harmônicas podem ser representadas em barras de espectros em histograma em valores médios; • A forma de onda da corrente fundamental representada por uma senoide sem distorção, se somada à forma de onda das harmônicas, compõe a forma de onda distorcida.
Figura 4 – Potência ativa.
Figura 9 – Distorção total de tensão.
Figura 10 – Espectro de distorção total de tensão.
Figura 5 – Correntes harmônicas 5ª 7ª 11ª 13ª.
Figura 6 – Corrente fundamental.
Figura 7 – Distorção total de corrente.
Figuras 11 – Formas de onda de correntes a) corrente total b) só componentes harmônicas e c) só a fundamental.
70
Instalações Ex
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Roberval Bulgarelli é engenheiro eletricista. Mestrado em Proteção de Sistemas Elétricos de Potência pela POLI/USP. Consultor sobre equipamentos e instalações em atmosferas explosivas. Representante do Brasil no TC-31 da IEC e no IECEx. Coordenador do Subcomitê SCB 003:031 (Atmosferas explosivas) do Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-003/COBEI). Condecorado com o Prêmio Internacional de Reconhecimento IEC 1906 Award. Organizador do Livro "O ciclo total de vida das instalações em atmosferas explosivas".
A normalização dos desvios “Ex”: quando o errado parece certo – Parte 3/3 ou permitiria a existência de interstícios que
proteção “Ex” podem ser considerados “seguros”,
provocariam a propagação da explosão interna
desde que os equipamentos sejam devidamente
para o exterior do invólucro, colocando toda a
instalados, mantidos e reparados ao longo do seu
instalação em risco de explosão. Acrescente-se
ciclo total de vida. No entanto, com base em dados
a isto o fato de que, por questões de segurança
práticos obtidos em frequentes inspeções efetuadas
e de caso mais rigoroso de dimensionamento,
em campo, pode ser observada a ocorrência
os invólucros são ensaiados “vazios” nos
de diversos e frequentes destes problemas
A complexidade de requisitos de montagem,
laboratórios, fazendo com que o volume interno
relacionados com invólucros metálicos do tipo “à
inspeção, manutenção e reparo de equipamentos
seja o maior possível, levando à necessidade
prova de explosão”, devido à existência de grande
“Ex” é reconhecidamente um fator agravante de
de maiores espessuras de parede e de maior
quantidade de parafusos, roscas e acessórios
risco que pode levar a uma “normalização de
quantidade de parafusos de fixação das tampas.
Ex “d” requeridos, incluindo os respectivos
desvios Ex”. Um exemplo deste tipo de situação
De fato, são verificados nas inspeções realizadas
complexos procedimentos de montagem, inspeção,
é aquele que ocorre em equipamentos do tipo “à
de campo, diversos problemas relacionados com
manutenção e reparo, o que requer um maior
prova de explosão” que necessita de dezenas de
a instalação, manutenção, inspeção e reparo de
nível de competência do pessoal envolvido e que
parafusos para fixação de sua tampa, nos quais a
equipamentos “Ex” com invólucros metálicos do
infelizmente nem sempre acontece na prática, em
tecnologia não provê uma solução adequada para
tipo “à prova de explosão”, como: ingresso de
nível de execução e supervisão nas especialidades
as graves falhas de montagem e manutenção que
água pelas juntas metálicas, corrosão das faces
de elétrica, instrumentação e telecomunicações.
são frequentemente verificadas na prática, neste
das juntas, parafusos de aço espanando as roscas
tipo de equipamento “Ex”.
de alumínio dos invólucros, falta de parafusos de
mercado brasileiro, desde a década de 1990,
Uma das características “conceituais” nestes
fixação das tampas, falta de instalação de unidades
alternativas tecnológicas para se evitar estes tipos
tipos de invólucros metálicos do tipo “à prova
seladoras, falta de selagem das unidades seladoras,
de problemas, como por exemplo, a utilização de
de explosão” consiste na existência de grandes
selagem incorreta das unidades seladoras, falta de
componentes centelhantes à prova de explosão
volumes internos vazios entre os dispositivos
instalação de niples certificados, falta de instalação
moldados em plástico, com invólucros externos
instalados em seu interior. Estes grandes “volumes
de união macho/fêmea certificadas, conexões
e terminais com tipo de proteção segurança
vazios internos” podem permitir o acúmulo de
roscadas com menos de cinco fios de rosca,
aumentada (Ex “de”). Com base nos equipamentos
grandes quantidades de atmosferas explosivas
superfícies flangeadas das juntas metálicas com
“Ex” disponíveis no mercado nacional desde aquela
no interior do invólucro Ex “d”, provenientes, por
a existência de danos, riscos ou trincas nas áreas
época, podem ser especificados equipamentos
exemplo, da região externa onde o equipamento
de passagem de chama e colocação indevida de
com tipos de proteção como segurança aumentada
se encontra instalado. Esta grande quantidade de
silicone nas juntas flangeadas na tentativa de evitar
(Ex “e”), encapsulamento em resina (Ex “m”),
atmosfera explosiva dá origem, por sua vez, a uma
o ingresso de água.
segurança intrínseca (Ex “i”) ou proteção contra
grande explosão no interior do invólucro, quando
Estas frequentes falhas de instalação e
ignição de poeiras combustíveis por invólucro (Ex
entra em contato com as partes centelhantes dos
manutenção, que com o tempo passam a ser
“t”), que apresentam requisitos de montagem,
componentes que estão instalados no seu interior.
“aceitas” por não ocasionarem consequências
inspeção, manutenção e recuperação mais simples
Esta grande explosão, com geração de
catastróficas imediatas, podem ser consideradas
em relação aos invólucros metálicos do tipo “à
grande energia, necessita ser “contida” por meio
como parte do fenômeno da “normalização
prova de explosão” em particular aqueles fundidos
de invólucros que possuam espessas paredes,
de desvios Ex”, comprometendo a segurança
em areia, com juntas flangeadas e tampas fixadas
caso contrário, o invólucro seria destruído pela
originalmente prevista para estes equipamentos “à
por diversos parafusos.
explosão interna. Além disto existe a necessidade
prova de explosão” e colocando a instalação e as
de instalação de uma grande quantidade
pessoas em risco, em caso de existência de uma
alternativas técnicas para a especificação de
de parafusos para a fixação da tampa, caso
atmosfera explosiva.
equipamentos com invólucros metálicos do tipo
contrário, esta seria “arrancada” do invólucro
“à prova de explosão”, podem ser alternativamente
Como evitar a normalização dos desvios “Ex”? Investir em equipamentos “Ex” que possuam tecnologias e características construtivas com requisitos mais simples de montagem, inspeção, manutenção e reparos
Deve ser ressaltado que todos os tipos de
Deve ser ressaltado que são disponíveis no
Nos eventuais casos quando não existem
71
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
especificados invólucros Ex “d” com tampas
e instalações “Ex”, de forma a não representarem
os critérios de projeto e de especificação
roscadas e com entradas indiretas. Neste tipo
fontes de ignição capazes de causar uma explosão,
técnica de equipamentos “Ex”, incorporando as
de produto, disponível no mercado europeu
caso haja falha de algum equipamento de processo,
atuais tecnologias disponíveis no mercado, que
desde a década de 1970, os cabos externos ao
com perda de sua capacidade de contenção e a
proporcionam
equipamento (cabos instalados pelos usuários) são
consequente formação de uma atmosfera explosiva.
inspeção, manutenção e reparos mais simplificados.
conectados a caixas de terminais do tipo segurança
É
aumenta (Ex “e”), não necessitando a abertura dos
equipamentos
invólucros metálicos à prova de explosão, reduzindo
explosivas inclui: documentação de classificação de
de
o risco de erros nos serviços de montagem,
áreas, do controle do inventário dos equipamentos
sejam especificados de forma a minimizar as
inspeção ou manutenção. Além disto, o invólucro Ex
elétricos, mecânicos, de instrumentação, de
consequências de erros humanos, bem como
“d” com tampa roscada dispensa a necessidade de
telecomunicações
existentes,
implantar procedimentos de inspeções iniciais
diversos parafusos para a fixação de tampas como
tanto fixos como móveis, dos certificados de
detalhadas e de inspeções periódicas apuradas,
ocorre com os invólucros com juntas flangeadas.
conformidade dos equipamentos “Ex” instalados,
registrando os desvios “Ex” encontrados, cujas
documentação de projeto de instalações “Ex”
correções devem ser devidamente priorizadas,
Implantação de sistema de gestão de segurança e de ativos de equipamentos e instalações “Ex”
(ABNT NBR IEC 60079-14), programa de
de acordo com a gravidade de cada um dos
inspeções iniciais e periódicas “Ex” (ABNT NBR
desvios encontrados.
IEC 60079-17), relatórios de manutenção e de
Devem
inspeções (ABNT NBR IEC 60079-17), relatórios
consequências sobre os “quase acidentes”
Pode ser feito um comparativo com os
Um sistema de gestão “Ex” para os e
instalações
e
em
mecânicos
atmosferas
procedimentos
fundamental
que
de
os
montagem,
equipamentos
elétricos, de instrumentação, de automação, telecomunicações
ser
e
também
mecânicos
analisadas
“Ex”
as
de
de reparos e recuperação (ABNT NBR IEC 60079-
ou “desvios Ex” que tornam os equipamentos
processo, como os vasos de pressão, que são
19), controle de treinamento e de reciclagem sobre
“Ex” certificados como prováveis fontes de
especificados na Norma Regulamentadora NR 13
“atmosferas explosivas” dos profissionais envolvidos
ignição, incluindo medidas mitigadoras, como
- Caldeiras e vasos de pressão. Para atendimento
com serviços em áreas classificadas, controle de
treinamentos periódicos e revalidações de
da NR 13 e dos respectivos prazos de parada
certificação de executantes e supervisores (próprios
certificação de competências pessoais “Ex” de
periódica para inspeção e manutenção, muitas
e contratados) de acordo com as Unidades de
executantes e de supervisores. Além disto, é
empresas optam em possuir um SPIE (Sistema
Competências Pessoais “Ex” aplicáveis a cada
necessário também que exista implantado um
Próprio de Inspeção de Equipamentos), que
atividade “Ex” e programa de auditorias internas
adequado sistema de gestão de segurança dos
passa periodicamente por processo de avaliação
para a verificação da continuidade e atualização
equipamentos e instalações “Ex”, que acompanhe
e de auditorias externas. A existência de um SPIE
da aplicação dos requisitos das Normas da Série
e monitores os requisitos técnicos, de gestão e
faz com que o acompanhamento contínuo das
ABNT NBR IEC 60079 – Atmosferas explosivas.
de competências pessoais requeridas.
caldeiras e dos vasos de pressão representados
pelos equipamentos de processo permita um maior
na ABNT NBR IEC 60079-17 (Inspeção e
e reconhecido que as pessoas cometem erros,
intervalo entre as paradas programadas para as
manutenção de instalações “Ex”), de inspeções
reforçando a importância de especificar e instalar
inspeções e manutenção.
periódicas de equipamentos e instalações em
equipamentos elétricos e mecânicos “Ex” que
De forma similar, na área de instalações
atmosferas explosivas, e posterirormente da criação
considerem a possibilidade de ocorrência destes
elétricas em atmosferas explosivas existe a
dos devidos registros das falhas encontradas
erros, por meio de especificação e instalação
necessidade de que haja um tipo de SPIE
em ordens de manutenção do sistema de gestão
de equipamentos que possuam procedimentos
“Ex”, representado também por um sistema de
utilizado na empresa, pode ser assegurado que as
mais simplificados os serviços de campo de
cadastro, acompanhamento, inspeções periódicas
falhas existentes em especificação de equipamentos
montagem, inspeção, manutenção, reparo, revisão,
e manutenção dos equipamentos “Ex”, de forma
ou em instalações em atmosferas explosivas sejam
recuperação.
a assegurar que estes equipamentos estejam
devidamente identificadas, priorizadas e corrigidas
devidamente instalados, mantidos ou reparados, ao
nos prazos especificados, evitando que ocorra esta
segurança das instalações em áreas classificadas a
longo do seu ciclo total de vida.
“normalização de desvios Ex”.
implantação de um sistema de gestão de ativos “Ex”,
requisitos
aplicados
aos
equipamentos
Com a implantação da sistemática especificada
Neste sentido, deve ser percebido, entendido
Contribui também de forma significativa para
com foco nos requisitos especificados nas normas
Com base neste sistema de gestão de ativos
técnicas brasileiras adotadas da Série ABNT
ignição e que não haverá uma explosão em uma
Considerações sobre a “normalização” dos desvios “Ex” e a gestão de segurança em áreas classificadas
ocasionalidade de liberação inesperada de gases
reparos “Ex”.
inflamáveis ou de poeiras combustíveis devido
explosões ocorrem porque não foram devidamente
Neste tipo sistema “Ex”, todos os equipamentos
a eventuais perdas de contenção por parte dos
analisados
e
sistemas
equipamentos de processo e vasos de pressão. Se
catastróficas decorrentes de erros humanos nas
cadastrados e periodicamente inspecionados,
por um lado, o SPIE assegura a integridade física das
atividades relacionadas com serviços realizados em
de forma a permitir o acompanhamento, de forma
caldeiras, vasos de pressão e dos equipamentos de
atmosferas explosivas.
técnica e gerencial, da evolução do planejamento
processo (como vasos, tanques, fornos, caldeiras,
De forma a contribuir para se evitar a ocorrência
das inspeções iniciais e periódicas, assegurando
reatores e torres de destilação) evitando a liberação
de novos acidentes e explosões em atmosferas
inclusive que não seja excedido o prazo máximo
de gases inflamáveis ou poeiras combustíveis
explosivas, levando em consideração as ocorrências
de três anos para inspeção de cada um dos itens
para o meio ambiente, por outro, o SPIE “Ex”
encontradas de normalização de desvios “Ex”,
“Ex” fixos, moveis, portáteis ou pessoais existentes,
pode assegurar a integridade dos equipamentos
é importante que sejam revisados e atualizados
instalados ou utilizados em cada instalação.
“Ex” é possível haver uma confiança de que os equipamentos “Ex” não representam uma fonte de
Pode ser verificado que muitos acidentes e os potenciais de
consequências
NBR IEC 60079, relacionadas com os serviços de projeto, montagem, inspeção, manutenção e
“Ex”
devem
ser
devidamente
72
Opinião
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
Por Saulo José Nascimento Cisneiros, diretor-presidente do Cigré Brasil
Tendências e oportunidades globais O setor empresarial, de uma maneira geral,
• Implementação de planejamento estratégico
estava em plena implantação dos seus planos
aplicado a cada negócio, com o apoio de
de concessão também está equacionada e
de desenvolvimento, de racionalização de custos
consultores especializados para desenvolvimento
regulamentada, com a expansão sendo realizada
e de aumento de receitas para capitalização
da parte estratégica, e da elaboração dos
pelos próprios concessionários, por meio de
das suas organizações, quando teve esse
Planos de Ações, com a participação efetiva de
agentes estatais e privados.
processo totalmente prejudicado pelo adiamento
dirigentes e colaboradores.
A distribuição de energia elétrica por áreas
A regulação e a fiscalização das atividades
de geração, transmissão e distribuição de
e cancelamento de vários de seus projetos, em função do surgimento da pandemia do
Contexto do setor elétrico
energia elétrica estão sob responsabilidade da
coronavírus.
Até um passado recente, as empresas de
Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel);
No atual momento, não há ainda uma certeza
geração, transmissão e distribuição de energia
o planejamento e a definição dos planos de
de quando as atividades do setor produtivo
elétrica eram praticamente todas estatais. Com
expansão do setor elétrico são realizados pela
retornarão ao normal, após a fase de controle da
o processo de privatização posto em prática no
Empresa de Pesquisa Energética (EPE) e a
pandemia, que só acontecerá com a aplicação de
setor elétrico brasileiro no governo de Fernando
coordenação e o controle da operação do
vacinas, que está na fase inicial no Brasil.
Henrique Cardoso, este quadro alterou-se
Sistema Interligado Nacional são realizados
A sociedade, por motivos forçados, se
radicalmente. Hoje tem-se um quadro misto de
pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico
acostumou ao mundo virtual. Praticamente, todos
empresas estatais e privadas e tende a se alterar
(ONS) com a participação de todos os agentes
os ramos de negócios tiveram que se adaptar “ao
com a perspectiva de privatização da Eletrobras e
envolvidos.
negócio virtual” para sobreviverem.
de suas subsidiarias.
Propostas específicas para o setor empresarial
esta privatização de grande porte requer a
Tendências e oportunidades do setor elétrico
participação de grupos privados sólidos com a
Essas transformações estão requerendo
necessária capacidade econômico-financeira
no setor elétrico brasileiro, sejam nacionais
a adoção de medidas simples e efetivas para
para fazer os investimentos requeridos para
ou internacionais, é uma oportunidade para
o setor empresarial, tais como as elencadas a
continuidade da expansão dessas empresas.
a diversificação e o aumento do potencial de
seguir:
Como o setor elétrico é intensivo em capital,
A presença de grandes grupos empresariais
Esta privatização dará a oportunidade para
recursos para investimento na expansão do
entrada de novos “players” no setor elétrico,
sistema elétrico visando ao atendimento pleno
• Preparação adequada das equipes de trabalho
o que irá propiciar novo potencial de recursos
da demanda de energia elétrica, que é de
para fazer face aos serviços necessários para
financeiros a serem aplicados na expansão do
fundamental importância para o desenvolvimento
operacionalização as atividades empresariais,
sistema elétrico brasileiro.
do País.
por meio do desenvolvimento de programas de
A expansão da geração e da transmissão de
Infelizmente, tivemos também casos de
treinamento, de preferência via web, motivados
energia elétrica está perfeitamente equacionada
insucesso, como é o caso da espanhola Abengoa
pela virtualização dos negócios e das atividades;
e regulamentada através dos leilões de energia
e da indiana Sterlite, que deixaram um legado de
• Implementação de sistemas de gestão
nova e dos leilões de transmissão, cujos
obras de transmissão sem implantação. Este
empresarial para automação dessas atividades
resultados obtidos têm sido coroados de pleno
fato mostra que o processo de credenciamento
no mundo virtual;
êxito.
de empresas para participação nos leilões de
73
O Setor Elétrico / Maio-Junho de 2021
transmissão deve ter maior rigor, bem como um
O setor avançou em relação a 2018, quando
pela redução da vida útil dos produtos, a busca
limite de empreendimentos para cada agente
foram registrados 11 milhões de postos de
extrema por novos produtos e o surgimento de
vencedor nesses leilões.
trabalho. A China concentra a maior parte dos
novos modelos de negócios e serviços.
Uma tendência natural será a expansão das
empregos, sendo responsável por 1 em cada 4
Há
fontes renováveis eólica e solar, pelas condições
vagas. O Brasil é o segundo país que mais gera
evolução tecnológica e a inovação com maior
extremamente favoráveis existentes no Brasil.
empregos no segmento, com 1,158 milhão de
disponibilidade de recursos e meios para
O Brasil tem o maior fator de capacidade de
trabalhadores empregados, à frente da Índia e
exploração de novas fontes de energia, idem
geração eólica no mundo com 42%. Isto é uma
Estados Unidos”.
para instalações e equipamentos com novas
consequência das características dos ventos
Outro ponto muito importante a destacar é
funcionalidades e cada vez mais eficientes,
nos seus sites principais que apresentam uma
que as fontes renováveis trazem desenvolvimento
ganhos de produtividade, viabilizando “fazer
variabilidade regular, particularmente na região
econômico local, com as seguintes vantagens:
mais com menos insumos”. A tecnologia e
Nordeste, que isoladamente tem um fator de
os parques eólicos e solares podem fornecer
a inovação contribuem para o aumento da
capacidade de 45%.
um fluxo financeiro estável para os investidores
produtividade e para preservar o meio ambiente,
A geração eólica é hoje extremamente
nestas centrais; idem para os proprietários locais
tornando a preservação ambiental uma aliada da
importante para o atendimento energético do
que alugam os seus terrenos para a implantação
produtividade.
Nordeste, de tal forma que atendeu 37%, 43%
das turbinas eólicas; aumento das receitas fiscais
e 50% da demanda global de energia elétrica
das propriedades para as comunidades locais,
destacar as comprovadas mudanças climáticas,
da região Nordeste em 2017, 2018 e 2019,
promovendo geração de emprego e renda,
tornando o aquecimento global uma crescente
respectivamente.
sobretudo nos países em desenvolvimento.
e comprovada realidade, cujas consequências
Definitivamente, as fontes renováveis trazem
já são evidentes para toda humanidade, o
melhoria de vida para as comunidades locais.
que requer de todos nós a implementação de
A Radiação Solar na região semiárida do
Brasil atinge 6.250 Wh/m2.dia e está presente
uma
tendência
marcante
pela
Por último, não poderíamos deixar de
medidas globais e efetivas para reduzir a emissão
durante todo ano nesta região do Brasil. A geração solar está crescendo lentamente na
Tendências e medidas globais
de CO2.
região Nordeste do Brasil, de tal forma que
Em termos de tendências globais com
atendeu 1%, 2% e 3% da demanda global de
impacto no consumo de energia elétrica e com
globais são uma maior produção de alimentos,
energia elétrica da região Nordeste em 2017,
desdobramentos em cadeia para os demais
bens de consumo e outros bens, e maior
2018 e 2019, respectivamente. Este crescimento
processos, é importante destacar os pontos
consumo de energia e água. Isto inexoravelmente
deverá ser mais significativo com a expansão da
descritos a seguir.
implica em maior exploração dos recursos
geração solar distribuída instalada diretamente
As mudanças demográficas apresentam
naturais e, como consequência final, maiores
pelos consumidores finais.
forte tendência a uma crescente urbanização,
impactos diretos sobre o meio ambiente e em
As consequências diretas dessas tendências
É importante destacar a complementariedade
com a formação de grandes metrópoles e o
escassez de água.
existente entre a geração eólica e a geração
crescimento da população, pois hoje há 7 bilhões
Essas
solar na região nordeste, de tal forma que a
e em 2050 haverá 9 bilhões de pessoas no
necessidade
geração eólica apresenta valores mais elevados
mundo.
medidas globais e efetivas para reduzir
no período da madrugada e noite e valores mais
A Globalização é um caminho sem volta e
os impactos sobre o meio ambiente, tais
reduzidos de 12h às 18h, enquanto a geração
quem não entrar neste ritmo está condenado
como: redução do desperdício de materiais,
solar só apresenta valores de geração durante o
ao subdesenvolvimento, pois é lá que estão
alimentos, energia e água, reciclagem de
período de sol, de 6h às 18h. Dessa forma, há
as oportunidades de negócio. A Globalização
materiais e de água e a busca frenética pela
uma forte complementariedade no período de 7h
apresenta uma tremenda interconexão de
eficiência energética global.
às 18h entre essas gerações.
mercados e serviços, conectados perma
Esta é a realidade! Como diz George
Deve ser dado destaque especial que o
consequências
requerem
a
imperiosa
adoção
de
de
nentemente através dos mais diversos meios.
Santayana: “a realidade é como ela é e não como
mercado de renováveis gerou mais de 500
Há
emergentes,
gostaríamos que ela fosse”, complementado por
mil postos de trabalho no mundo e o Brasil é
destacando-se que nos BRICS e na Ásia milhões
Lao Tsé: “diante da realidade cabe ajustar os
o segundo maior empregador, atrás apenas da
de pessoas têm emergido para a classe média
nossos objetivos maiores seguindo o caminho do
China. Conforme artigo publicado pelo Rodrigo
de consumidores; na África e América do Sul
rio que contorna a montanha para chegar ao mar”.
Caetano, “o mercado de energias renováveis
milhões de pessoas têm acessado a classe baixa
E este ajuste terá de ser feito inexoravelmente
registrou, no ano passado, 11,5 milhões de
de consumidores.
com tecnologia e inovação a serviço da eficiência
empregos no mundo, segundo a Agência
e do meio ambiente. Definitivamente, é preciso
Internacional de Energia Renovável (IRENA).
realidade, e não mais uma tendência, marcada
novos
mercados
No segmento de bens e serviços há uma
aceitar a realidade e mudar para sobreviver.
74
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