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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

4

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

4

Editorial

Consultor técnico

6

Coluna do consultor As equações da energia no Brasil. A conta fecha?

8

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.

15

Fascículos Instalações elétricas de média e alta tensão Pesquisa e Desenvolvimento - Os melhores projetos Eficiência energética - Planejamento e execução

46

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

62 64 65 66 68 70 72

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.

5


6

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


16

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

22

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

15


16

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.


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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

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Possui certificado ISO 14.001 (ambiental)

Possui certificado ISO 9001(qualidade)

Exporta produtos acabados

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Importa produtos acabados

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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

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x

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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

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Isoladores de porcelana

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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

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Anunciador de alarme

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Automação de sistemas

Automação de estações

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Uso externo

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Uso interno

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Religadora

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Com abertura sob carga

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Sem abertura em carga

Interruptores

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Disjuntores

Uso externo

Fusíveis

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Chaves fusíveis

Uso interno

Painéis

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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

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Equipamentos para inspeção termográfica

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Manutenção

Filtro de harmônicas

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Compensação em tempo real

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Compensação paralela

Vidro

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Compensação serial

Poliméricos

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Cerâmica

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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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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

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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

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

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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O Setor Elétrico (edição 179 - jul / 2021)  

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