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ANÁLISE TÉCNICO-MERCADOLÓGICA DE PAINÉIS DE
MÉDIA TENSÃO COM ENTRADA DE ENERGIA
PADRÃO LIGHT
Robson Almeida Elias Filho
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Prof. Jorge Nemésio Sousa, M.Sc.
Rio de Janeiro
Agosto de 2018
ANÁLISE TÉCNICO-MERCADOLÓGICA DE PAINÉIS DE
MÉDIA TENSÃO COM ENTRADA DE ENERGIA
PADRÃO LIGHT
Robson Almeida Elias Filho
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRO ELETRICISTA.
Examinado por:
______________________________
Prof. Jorge Nemésio Sousa, M.Sc.
(Orientador)
_______________________________
Engº. Tomás Lemos Ferrari Klausing
(Coorientador)
_____________________________________
Prof. Heloi José Fernandes Moreira, Dr.Eng.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
AGOSTO DE 2018
iii
Almeida Elias Filho, Robson
Análise Técnico-Econômica de um Painel de Média
Tensão com Entrada de Energia Padrão Light/ Robson
Almeida Elias Filho – Rio de Janeiro: UFRJ/ ESCOLA
POLITÉCNICA, 2018.
XV, 66 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Jorge Nemésio Sousa
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso
de Engenharia Elétrica, 2018.
Referências Bibliográficas: p. 63-66.
1. Painel de Média Tensão. 2. Automação. 3. SIEMENS.
4. Light. I. Nemésio Sousa, Jorge. II. Universidade Federal do
Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica.
III. Análise Técnico-Econômica de um Painel de Média Tensão
com Entrada de Energia Padrão Light.
iv
Agradecimentos
Ao meu Senhor e Salvador Jesus Cristo, por ter me dado forças e ter me abençoado durante
toda essa trajetória. Sem Ele, nada seria possível, nem mesmo a minha própria vida. Toda
honra e glória sejam dadas sempre a Ele!
Aos meus pais, Robson e Ana Lúcia, à minha irmã, Brunna, e ao meu tio, Sérgio, por todo
amor, orientações e suporte que me ofereceram. Essa conquista também é de vocês!
À minha bisavó, Odette, que já está ao lado do Senhor, e que foi fundamental com suas
orações, amor e renúncias em meu favor. Vó, amar-te-ei eternamente!
À minha namorada, Isadora, por me entender e me apoiar em todos os momentos.
Agradeço a todos os companheiros da UFRJ, em particular aos amigos Felipe Farage, João
Pedro Mattos, Larissa Verlaine, Maria de Fátima Barbosa e Pedro Trindade, que fizeram
parte de um verdadeiro time e me ajudaram em diferentes fases da faculdade.
Aos meus orientadores, Prof. Jorge Nemésio Sousa e Engº Tomás Klausing, pela orientação
e discussões que levaram à elaboração deste trabalho.
À UFRJ, Escola Politécnica e DEE, em particular aos professores Heloi José Fernandes
Moreira e Jorge Nemésio Sousa. Boa parte dos conhecimentos que adquiri nesses anos de
faculdade eu devo a vocês, que sempre demonstraram preocupação com o meu aprendizado.
À SIEMENS, especialmente aos colegas da Regional RJ e aos da EM MS, pelo imenso
aprendizado ao longo de um ano e meio de estágio. Agradeço especialmente ao meu gerente,
Engº Tomás Lemos Ferrari Klausing, ao especialista em painéis, Gelson Nogueira, ao
especialista em transformadores, José Renato Mesa, e ao especialista em automação,
Vinicius Oliveira, por todas as respostas para as minhas inúmeras perguntas e pelo tanto que
agregaram à minha formação.
Ao CNPq e à Curtin University, por proporcionarem meu intercâmbio acadêmico na
Austrália através do programa Ciência sem Fronteiras, período de enorme crescimento
acadêmico e pessoal.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
ANÁLISE TÉCNICO-MERCADOLÓGICA DE PAINÉIS DE
MÉDIA TENSÃO COM ENTRADA DE ENERGIA PADRÃO
LIGHT
Robson Almeida Elias Filho
Agosto/2018
Orientador: Prof. Jorge Nemésio Sousa, M.Sc.
Curso: Engenharia Elétrica
O desenvolvimento industrial traz consigo a exigência por sistemas que garantam a
continuidade dos processos produtivos. Qualquer minuto com uma fábrica parada pode
ocasionar perdas de receita irreversíveis. Assim, os grandes consumidores têm buscado
sofisticar suas instalações, promovendo a implementação de soluções mais robustas e
confiáveis.
O presente TCC tratará das principais características técnicas dos painéis de média tensão,
permitindo a compreensão sobre seu funcionamento. Serão apresentados os principais
ensaios pertinentes, os equipamentos que podem estar contidos no seu interior, uma solução
oferecida pelo fabricante SIEMENS, as exigências impostas pela concessionária de
distribuição de energia elétrica do município do Rio de Janeiro e as modelagens
desenvolvidas. Será realizada também uma abordagem mostrando a composição percentual
de custos de fabricação e o panorama mercadológico desse produto. Por fim, serão propostas
soluções de melhoria, visando manter os painéis tecnologicamente atualizados.
Palavras-chave: Painel de Média Tensão; Automação; SIEMENS; Light.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to Polytechnic School/Federal University of
Rio de Janeiro as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Electrical
Engineer.
TECHNICAL AND MARKET ANALYSIS OF MEDIUM
VOLTAGE SWITCHGEARS ACCORDING TO LIGHT'S
STANDARD
Robson Almeida Elias Filho
August/2018
Advisor: Prof. Jorge Nemésio Sousa, M.Sc.
Course: Electrical Engineering
Industrial development brings with itself demand for systems that guarantee the continuity
of productive processes. Any factory downtime can cause irreversible revenue losses. Thus,
large consumers have sought to sophisticate their facilities, promoting implementation of
more robust and reliable solutions.
This Bachelor Thesis will address the main technical characteristics of medium voltage
switchgears, leading to the complete understanding of its functioning. Main relevant tests,
equipments that may be contained inside it, a solution offered by the manufacturer
SIEMENS, requirements imposed by the electricity distribution concessionaire from Rio de
Janeiro and the models developed will be presented. An approach will also be performed
showing the percentage composition of manufacturing costs and the market panorama of this
product. Finally, improvement solutions will be proposed, aiming to keep switchgears
technologically updated.
Key words: Medium Voltage Switchgear; Automation; SIEMENS; Light.
vii
Sumário
CAPÍTULO 1 ................................................................................................................................. 1
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 1
1.1. APRESENTAÇÃO ........................................................................................................... 1
1.2. PROPOSTA ..................................................................................................................... 1
1.3. MOTIVAÇÃO ................................................................................................................. 2
1.4. OBJETIVOS DO ESTUDO .............................................................................................. 2
1.4.1. Objetivos primários ................................................................................................ 2
1.4.2. Objetivos secundários ............................................................................................. 3
1.5. RELEVÂNCIA E IMPORTÂNCIA DO ESTUDO ........................................................... 3
1.6. LIMITAÇÕES DO ESTUDO ........................................................................................... 3
1.7. ORGANIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DO TRABALHO ....................................................... 4
CAPÍTULO 2 ................................................................................................................................. 5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................... 5
2.1. PAINEL DE MÉDIA TENSÃO ........................................................................................ 5
2.1.1. Definição .................................................................................................................. 5
2.1.2. Classificação quanto à isolação elétrica .................................................................. 5
2.1.3. Ensaios necessários segundo a norma IEC 62271-200 ........................................... 6
2.1.4. Índice de Proteção ................................................................................................. 14
2.1.5. Principais equipamentos que compõem um painel .............................................. 15
2.2. AUTOMAÇÃO EM SUBESTAÇÕES ............................................................................ 23
2.2.1. Aplicação ............................................................................................................... 23
2.2.2. Elementos de automação ....................................................................................... 23
2.3. PORTFÓLIO SIEMENS ................................................................................................ 31
2.3.1. Características técnicas ......................................................................................... 31
2.3.2. Tipos de cubículos do SIMOSEC ......................................................................... 32
2.4. REQUISITOS EXIGIDOS PELA LIGHT ....................................................................... 36
2.4.1. Terminologia e definições ..................................................................................... 36
2.4.2. Tensões e limite de demanda de atendimento ...................................................... 37
2.4.3. Localização das subestações.................................................................................. 37
2.4.4. Proteção geral de entrada ..................................................................................... 38
2.4.5. Medição de faturamento e qualidade de energia ................................................. 38
viii
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................................... 40
3. METODOLOGIA DA PESQUISA ...................................................................................... 40
3.1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................. 40
3.2. DELINEAMENTO DA PESQUISA ............................................................................... 40
3.3. CONCEITO E CLASSIFICAÇÕES DE PESQUISA ...................................................... 40
3.4. CLASSIFICAÇÃO DA PRESENTE PESQUISA ........................................................... 42
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................................... 44
4. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO ......................................................................... 44
4.1. PROJETO ...................................................................................................................... 44
4.1.1. Modelos de painel desenvolvidos .......................................................................... 44
4.1.2. Procedimentos para homologação ........................................................................ 48
4.2. EXECUÇÃO .................................................................................................................. 49
4.2.1. Engenharia na fabricação ..................................................................................... 49
4.2.2. Transferência de alimentação ............................................................................... 49
4.2.3. Lista de materiais .................................................................................................. 52
4.2.4. Composição de custos ........................................................................................... 56
4.3. POSICIONAMENTO DE MERCADO ........................................................................... 57
4.3.1. Estudo de market share ......................................................................................... 57
4.3.2. Proposições de melhorias ...................................................................................... 60
CAPÍTULO 5 ............................................................................................................................... 62
5. CONCLUSÕES .................................................................................................................... 62
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 63
ix
Lista de Figuras
Figura 2.1- Propagação do arco ao longo do tempo. .............................................................. 8
Figuras 2.2: a - Indicador preso à grade de proteção; b - Indicadores espalhados pela grade
durante um ensaio de arco. ..................................................................................................... 9
Figura 2.3 - Painel com duto de gases. ................................................................................. 10
Figura 2.4 - Circuito de ensaio de descargas parciais. .......................................................... 11
Figura 2.5 - Placa de identificação do PMT. ........................................................................ 14
Figuras 2.6: a - Vista da câmara de extinção; b - Disjuntor a SF6. ....................................... 17
Figuras 2.7: a - Estrutura do polo; b - Disjuntor a vácuo. .................................................... 17
Figuras 2.8: a - Esquema de um relé eletromecânico; b - Equipamento em si. .................... 18
Figura 2.9 - Relé digital microprocessado inteligente. ......................................................... 19
Figura 2.10 - Chave secionadora. ......................................................................................... 20
Figuras 2.11: a - Esquema de um TC tipo janela; b - Aplicação do TC em um cubículo
blindado. ............................................................................................................................... 21
Figura 2.12 - Transformador de potencial. ........................................................................... 21
Figura 2.13 - Fusível HRC. ................................................................................................... 22
Figura 2.14 - Para-raios polimérico para PMT. .................................................................... 23
Figura 2.15 - Remota de campo. ........................................................................................... 24
Figura 2.16 - Switch de rede. ................................................................................................ 25
Figura 2.17 - Controlador Lógico Programável. .................................................................. 26
Figura 2.18 - Interface Homem-Máquina. ............................................................................ 26
Figura 2.19 - Interface do SCADA. ....................................................................................... 27
Figura 2.20 - GPS. ................................................................................................................ 28
Figura 2.21 - Gateway. ......................................................................................................... 28
x
Figura 2.22 - Painel SIMOSEC. ........................................................................................... 31
Figura 2.23 - Esquemático do cubículo K1. ......................................................................... 33
Figura 2.24 - Esquemático do cubículo R(T). ...................................................................... 33
Figura 2.25 - Esquemático do cubículo R1. ......................................................................... 34
Figura 2.26 - Esquemático do cubículo M(-K). .................................................................... 34
Figura 2.27 - Esquemático do cubículo M. ........................................................................... 35
Figura 2.28 - Esquemático do cubículo H. ........................................................................... 35
Figura 2.29 - Esquemático do cubículo L. ............................................................................ 36
Figura 4.1 - Vista frontal do painel de entrada simples. ....................................................... 44
Figura 4.2 - Vista frontal do painel de entrada dupla. .......................................................... 45
Figura 4.3 - Vista lateral do painel, comum a ambos os modelos. ....................................... 45
Figura 4.4 - Unifilar do painel com entrada simples ............................................................ 46
Figura 4.5 - Unifilar do painel com entrada dupla. ............................................................... 47
Figura 4.6 - Market share para PMT a SF6 no Rio de Janeiro. ............................................ 59
Figura 4.7 - Market share para PMT a SF6 com entrada Light. ........................................... 59
xi
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 - Indicadores por acessibilidade. ........................................................................... 9
Tabela 2.2 - Proteção contra sólidos. .................................................................................... 15
Tabela 2.3 - Proteção contra água. ........................................................................................ 15
Tabela 2.4 - Dados técnicos do PMT SIMOSEC. ................................................................ 32
Tabela 2.5 - Classificação de tensões de acordo com suas faixas de variação. .................... 37
Tabela 4.1 - Lista de materiais do painel de entrada simples. .............................................. 53
Tabela 4.2 - Lista de materiais para colunas K1 modificada e R1. ...................................... 56
Tabela 4.3 - Custos de fabricação para um painel de entrada simples. ................................ 57
Tabela 4.4 - Custos de fabricação para um painel de entrada dupla. .................................... 57
xii
Lista de Siglas
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica
ART - Anotação de Responsabilidade Técnica - Documento necessário à fiscalização de
obras e serviços prestados por profissionais ou empresas, com objetivo de controlar,
identificar e apontar os responsáveis, assegurando à sociedade que essas atividades são
realizadas por um profissional habilitado.
AT - Alta Tensão, compreende tensões acima de 36,2 kV
BT - Baixa Tensão, compreende tensões abaixo de 1 kV
CCM - Centro de Controle de Motores - Painel que contém os equipamentos responsáveis
pelas partidas e controle de velocidade de motores elétricos.
CEPEL - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica
CLP - Controlador Lógico Programável - Equipamento responsável por receber dados e
estabelecer lógicas de controle sobre um determinado parâmetro.
CLT - Consolidação das Leis do Trabalho - Lei brasileira referente ao direito do trabalho e
ao direito processual do trabalho.
COFINS - Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social - Sigla que designa um
tributo federal, uma contribuição social que tem como objetivo financiar a Seguridade Social
no Brasil.
CREA/RJ - Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Rio de Janeiro
CRM - Customer Relationship Management - Gerenciamento de Relacionamento com o
Cliente, em português. Em sua essência ou em conceito, CRM é uma estratégia de negócio
com o foco no cliente.
DDP - Diferença de Potencial
GPS - Global Positioning System - Sistema de Posicionamento Global, em português.
Mecanismo de posicionamento por satélite que fornece a um aparelho receptor móvel a sua
posição e horário.
xiii
hPa - Hectopascal - Unidade de pressão.
HRC - High Rupture Capacity - Alta Capacidade de Ruptura, em português. É a
classificação de um fusível capaz de interromper com segurança elevados valores de
corrente elétrica.
Hz - Hertz - Unidade de frequência.
IAC - Internal Arc Classification - Classificação de Arco Interno, em português. Padrão da
IEC para equipamentos de média tensão que tem como intuito classificar certos
equipamentos com relação aos cuidados de manobra de forma a garantir a proteção do
operador em caso de arco interno.
ICMS - Imposto Sobre Circulação de Mercadorias e Serviços - Imposto sobre operações
relativas à circulação de mercadorias e sobre prestações de serviços de transporte
interestadual, intermunicipal e de comunicação, de competência dos Estados e do Distrito
Federal.
IEC - International Electrotechnical Comission - Comissão Internacional de Eletrotécnica,
em português. Organização internacional de padronização de tecnologias elétricas,
eletrônicas e relacionadas.
IED - Intelligent Electronic Device – Dispositivo Eletrônico Inteligente, em português.
Termo usado na indústria de energia para definir equipamentos com capacidade de memória
e execução de ações.
IHM - Interface Homem-Máquina - Tela que mostra o status das variáveis controladas,
facilitando possíveis tomadas de decisão do operador.
IoT - Internet of Things - Internet das Coisas, em português. É uma rede de objetos físicos
que possui tecnologia embarcada, sendo capaz de coletar e transmitir grande volume de
dados.
IP - Índice de Proteção - Numeração com dois dígitos que representam a proteção do
equipamento contra sólidos e contra água, respectivamente.
IPI - Imposto sobre Produtos Industrializados - É o imposto que incide sobre produtos
industrializados, nacionais e estrangeiros.
IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry
xiv
kA – Quiloampere - Unidade de corrente elétrica
kW - Quilowatt - Unidade de potência
kWh - Quilowatt-hora - Unidade de energia
kVAr - Quilovolt-Ampère reativo - Unidade de potência elétrica reativa
LSC - Loss Service Continuity - Perda de Continuidade de Serviço, em português. É uma
classificação relativa a painéis que mostra se o equipamento pode permanecer em operação,
a partir do desligamento de uma ou mais colunas.
MIE - Material Isolante Elétrico - Material que possui baixa condutividade elétrica e altos
valores de resistência elétrica, e por isso não permite a livre circulação de cargas elétricas,
usado para separar partes condutoras de diferentes potenciais elétricos em equipamentos
elétricos.
mm - Milímetro - Unidade de comprimento
MT - Média Tensão, compreende tensões entre 1 e 36,2 kV
NBI - Nível Básico de Isolamento - Valor do conjunto de tensões suportáveis nominais que
caracteriza o isolamento de um equipamento elétrico em relação à sua capacidade de
suportar solicitações dielétricas.
NBR - Norma Brasileira aprovada pela ABNT
NR - Norma Regulamentadora do MTE - Ministério do Trabalho e Emprego - Conjunto de
normas que regulamentam e fornecem orientações sobre procedimentos obrigatórios
relacionados à segurança e saúde do trabalhador.
kV - Quilovolt - Unidade de tensão elétrica
pC - Picocoulomb - Unidade de carga elétrica
PIS - Programa de Integração Social
PMT - Painel de Média Tensão
RECON MT - Regulamentação para Fornecimento de Energia Elétrica a Consumidores em
Média Tensão
xv
RT - Responsável Técnico - Profissional técnico especializado que acompanha e vistoria um
produto para ver se está sendo executado em conformidade com o projeto.
s - Segundo - Unidade de tempo
SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition - Sistema de Supervisão e Aquisição de
Dados, em português. É responsável por monitorar e controlar variáveis de campo através de
um servidor.
SF6 - Hexafluoreto de Enxofre - Gás isolante usado como MIE - Material Isolante Elétrico
em equipamentos e cabines blindadas.
TA - Tensão de Atendimento - Valor eficaz de tensão elétrica no ponto de conexão, obtido
por meio de medição.
TC - Transformador de Corrente
TI - Tecnologia da Informação - Conjunto de atividades e soluções envolvendo hardware,
software, banco de dados, e redes que atuam para facilitar o acesso, análise e gerenciamento
de informações.
TL - Tensão de Leitura – Valor eficaz de tensão elétrica lida no medidor em um instante de
tempo.
TP - Transformador de Potencial
TR - Tensão de Referência - Valor de tensão elétrica utilizada como referência para
comparação com os valores de TL, devendo ser equivalente à tensão elétrica contratada
pelas unidades consumidoras.
VA - Volt-Ampère - Unidade de potência elétrica aparente
1
CAPÍTULO 1
1. INTRODUÇÃO
1.1. APRESENTAÇÃO
Com o crescente desenvolvimento da indústria nos últimos anos, a exigência em relação
à confiabilidade, sensibilidade, seletividade e velocidade de atuação do sistema de
proteção tornou-se cada vez maior, a fim de afetar minimamente o processo produtivo.
Assim, a aplicação dos dispositivos de proteção e manobra no interior de um cubículo
blindado se faz cada vez mais presente, mostrando-se uma solução mais viável na
direção de modernização, em detrimento das antigas subestações em baia de alvenaria,
especialmente pela robustez e segurança oferecida frente a eventos comuns em
ambientes industriais, como acúmulo de poeira e jatos d’água, por exemplo, que podem
provocar a ocorrência de falhas1.
Esses tipos de consumidores industriais, bem como comerciais de grande porte, são
atendidos pelo sistema de distribuição em MT – Média Tensão2. Portanto, além das
exigências de norma, o painel deve atender aos requisitos da própria empresa
responsável pela distribuição, caso ele esteja instalado na entrada, com alimentação
direta oriunda da concessionária.
Assim, é fundamental que o consumidor opte por um fabricante que possa oferecer uma
solução adequada para sua realidade e necessidade, e que seja capaz de fornecer todo
tipo de suporte necessário dos pontos de vista técnico e comercial.
1.2. PROPOSTA
Este trabalho trata da análise técnico-econômica de um painel de média tensão com
padrão de entrada de energia da concessionária Light Serviços de Eletricidade S.A. que
é responsável pela distribuição de energia elétrica no município do Rio de Janeiro.
Será dado foco em projeto, execução e posicionamento de mercado. No TCC, serão
abordadas as etapas do processo de homologação da solução do fabricante junto à
1 Segundo a NBR 5462 (1994), falhas são ocorrências que impedem o equipamento, impossibilitando-o
de desempenhar sua função requerida [1]. 2 Conforme a NBR 14039 (2003), MT está compreendida entre os valores de 1 e 36,2 kV [5].
2
concessionária, bem como o modelo de painel que foi desenvolvido para este tipo de
aplicação, mediante as condições estabelecidas pela Light e pela norma IEC 62271-200.
Na execução, serão observados os aspectos de engenharia na fabricação desses painéis,
lista de materiais e composição de custos. No posicionamento de mercado, será feito um
estudo de distribuição de market share3 e comparação com outras soluções no mercado.
Por fim, serão feitas proposições de valor para soluções futuras.
1.3. MOTIVAÇÃO
Os PMT - Painéis de Média Tensão fazem parte da demanda de praticamente todos os
clientes atendidos pelos fabricantes de equipamentos elétricos. Entretanto, quando eles
são utilizados para entrada de energia com padrão Light, o número de fabricantes
diminui, pois nem todos possuem uma solução homologada junto à concessionária.
Logo, o desenvolvimento de um layout para essa aplicação mostrou-se necessário para
implementação de novos projetos.
A grande motivação para a realização deste trabalho é o de obter uma transparência dos
processos, desde o projeto até a execução, e de entender onde os principais fabricantes
se encontram, com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento técnico e comercial
desse mercado.
1.4. OBJETIVOS DO ESTUDO
1.4.1. Objetivos primários
O presente trabalho possui dois objetivos primários: 1º. apresentar os aspectos teóricos
dos PMT, envolvendo normas utilizadas, equipamentos de energia e automação
presentes na composição de uma solução e o portfólio do fabricante SIEMENS. 2º.
mostrar os requisitos exigidos pela Light para homologação de um PMT de entrada,
desenvolvendo dois modelos mediante esses requisitos e às exigências normativas.
3 Market share é a distribuição percentual de um determinado mercado de produtos ou serviços entre as
empresas fornecedoras, visando mostrar suas respectivas influências sobre esse nicho de atuação
(URBAN & CARTER, 1983) [38].
3
1.4.2. Objetivos secundários
Este TCC possui dois objetivos secundários: 1º. realizar uma análise econômica sobre o
projeto de um PMT, mostrando os custos de fabricação e o estudo de market share do
produto no município do Rio de Janeiro. 2º. apresentar proposições de melhorias sob o
ponto de vista tecnológico, envolvendo o conceito de Indústria 4.0.
1.5. RELEVÂNCIA E IMPORTÂNCIA DO ESTUDO
O desenvolvimento de soluções para disposição dos equipamentos de proteção e
manobra na indústria é um tema atual e vem ganhando relevância dentro do contexto de
estudo dos fabricantes. A evolução de tecnologias que ajudaram a diminuir espaços
ocupados na área industrial e aumentar o nível de segurança contra possíveis causas de
defeitos4, como os painéis isolados a gás SF6 - Hexafluoreto de Enxofre
5, que foi uma
das grandes conquistas dos últimos anos, por exemplo.
O painel tem papel fundamental na operação do sistema industrial. A sua violação pode
provocar diversas consequências, como a ocorrência de curto-circuito, perda de carga e
explosão do equipamento. Além disso, ele pode abrigar em seu interior dispositivos que
realizem funções adicionais, como, por exemplo, a medição de qualidade, no que se
refere a harmônicos, auxiliando o consumidor a monitorar a energia pela qual ele está
pagando.
Por isso, continuar com frentes de pesquisas para melhorias técnicas e econômicas
significa fornecer ao consumidor soluções mais modernas, confiáveis e que lhes permita
acelerar sua produção, por um custo menor.
1.6. LIMITAÇÕES DO ESTUDO
No Brasil, existem diversas concessionárias de energia que gerem o sistema de
distribuição, em diferentes municípios. Foi escolhida, para a análise específica, a Light,
4 Segundo a NBR 5462 (1994), defeitos são quaisquer desvios de uma característica de um item em
relação aos seus requisitos [1]. 5 O SF6 é um composto químico inorgânico formado pelos elementos Enxofre e Flúor. É um gás incolor,
inodoro, não inflamável, não tóxico, mais pesado que o ar atmosférico, inerte e quimicamente estável,
usado em equipamentos elétricos, devido às suas excelentes características como meio isolante e de
extinção do arco elétrico. IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry (2005) [18].
4
empresa responsável pela distribuição de energia elétrica no município do Rio de
Janeiro. Como cada concessionária possui um padrão diferente de entrada para medição,
torna-se difícil estender esse estudo para outras regiões do país.
Outra limitação refere-se ao tipo de isolação e nível de tensão. O modelo estudado para
a homologação em questão é do tipo isolado a gás e até 24 kV. Para a inclusão de outros
tipos de solução, como painéis isolados a ar e com nível de tensão superior, é necessária
uma outra modelagem, acompanhada de um diferente procedimento de homologação.
1.7. ORGANIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DO TRABALHO
O presente trabalho se encontra dividido em cinco capítulos, cujos conteúdos se
encontram descritos abaixo.
O Capítulo 1 apresenta a introdução do TCC, mostrando sua proposta, seu objetivo, a
motivação para sua realização, sua relevância e suas limitações.
No Capítulo 2, é realizada uma revisão bibliográfica com uma abordagem teórica sobre
PMT, ensaios, equipamentos de energia e automação que participam da composição de
um painel e apresentação do conceito de Indústria 4.0, visando mostrar as tecnologias
associadas a esse conceito e que podem ser aplicadas a um PMT. Também será
apresentado o portfólio do fabricante SIEMENS, bem como as regulamentações
propostas pela Light para homologação da solução junto à concessionária.
No Capítulo 3, são apresentadas a metodologia e classificação deste estudo.
No Capítulo 4 é exibida a modelagem desenvolvida para os painéis de entrada, os
procedimentos para homologação, a engenharia na fabricação, os mecanismos de
transferência de alimentação para o painel com entrada dupla, a lista de materiais
completa por coluna e a composição de custos. Também é apresentado o estudo de
market share e proposição de melhorias técnicas para os painéis no futuro.
O Capítulo 5 mostra a conclusão do trabalho com seus principais pontos de destaque.
Por fim, é apresentada a relação das referências bibliográficas utilizadas neste estudo.
5
CAPÍTULO 2
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. PAINEL DE MÉDIA TENSÃO
2.1.1. Definição
De acordo com BARROS & GEDRA (2015), um painel é uma subestação blindada e
abrigada, ou seja, um conjunto de equipamentos de manobra, proteção e medição
conectados a um ou mais barramentos no interior de um invólucro metálico [9]. O nível
de tensão de sua aplicação vai depender especialmente dos dispositivos contidos em seu
interior. Se a especificação da sua classe de tensão estiver compreendida entre 1 e 36,2
kV, o painel pode ser considerado de média tensão.
Conforme KAGAN et al. (2005), o painel é responsável por direcionar o fluxo
energético, por interligar circuitos de alimentação de cargas em um mesmo nível de
tensão e também permite o secionamento dos circuitos, possibilitando a energização em
trechos menores [20]. A alimentação de um PMT em geral é oriunda de transformadores
abaixadores (da AT - Alta Tensão6 para a MT) e a sua saída pode alimentar tanto
transformadores abaixadores (da MT para a BT - Baixa Tensão7) quanto cargas maiores,
como CCM - Centros de Controle de Motores de média tensão. De acordo com
PETRUZELLA (2013), os CCM são painéis que abrigam os dispositivos de partida e
controle de velocidade desses motores, como inversores de frequência e soft starters
[28].
2.1.2. Classificação quanto à isolação elétrica
De acordo com a NBR IEC 60085 (2017), a isolação elétrica é feita através de materiais
de baixa condutividade, ou seja, que impedem a livre movimentação elétrons, usados
para separarem partes condutoras de diferentes potenciais elétricos em equipamentos
[6]. Podem ser de natureza sólida, líquida ou gasosa.
6 Segundo a NBR 14039 (2003), AT corresponde aos valores acima de 36,2 kV [5]. 7 De acordo a NBR 5410 (2004), BT corresponde aos valores abaixo de 1 kV [4].
6
O PMT pode possuir dois tipos de isolação:
o Ar natural
Nessa configuração, tanto os elementos de proteção e manobra quanto o barramento
principal estão imersos no compartimento isolado a ar. Ocupam um espaço considerável
no local de instalação. Por outro lado, são flexíveis, pois em geral utilizam disjuntores
extraíveis, facilitando o processo em caso de manutenção ou retrofit8.
o Gás SF6
Nessa configuração, os elementos de proteção e manobra estão imersos no gás SF6 e o
barramento de alimentação pode estar ou não sob mesma condição. O SF6 é utilizado
por ser capaz de fornecer uma isolação elétrica 2,5 vezes maior do que o ar à pressão
atmosférica e uma extinção eficaz do arco elétrico.
Esse tipo de painel é indicado para locais onde exista limitação de espaço, pois são mais
compactos. Entretanto, podem ser menos flexíveis, uma vez que um problema detectado
em um dos elementos de manobra ou proteção poderia acarretar na troca de uma coluna
inteira, justamente pelo fato de haver possibilidade de vazamento do gás e, por
conseguinte, de perda de isolação. Por isso, a manutenção ou retrofit de equipamentos
individuais do interior do cubículo podem ficar dificultados nesse aspecto.
2.1.3. Ensaios necessários segundo a norma IEC 62271-200
Podem ser separados em duas categorias: de tipo e de rotina.
o Ensaios de tipo
Têm o objetivo de testar características de equipamentos de manobra e mecanismos de
comando, de seus equipamentos de operação e de seus dispositivos auxiliares. Dentre
eles, estão os de tensão nominal, nível de isolamento nominal, tensão aplicada em
frequência industrial (60 Hz) - 1 minuto, tensão suportável sob impulso atmosférico,
8 Retrofit é o termo usado para indicar a substituição de um equipamento por outro, seja por perda de vida
útil, mudança de fabricante ou modernização (GRAMS & CETNAROWSKI, 2014) [16].
7
elevação de temperatura – corrente nominal de regime contínuo, corrente suportável
nominal de curta duração, valor de crista da corrente suportável nominal, tensão de
radiointerferência e compatibilidade eletromagnética.
o Ensaios de rotina
Os ensaios de rotina têm o objetivo de revelar falhas no material ou na construção. Estes
ensaios não prejudicam as propriedades e confiabilidade do objeto sob ensaio, e devem
ser realizados, na medida do possível, nas instalações do fabricante em cada
equipamento fabricado, para garantir que o produto está de acordo com o equipamento
aprovado nos ensaios de tipo. Dentre eles, estão os ensaios dielétricos9, ensaios em
circuitos auxiliares e de controle, medição da resistência dos circuitos, ensaio de
estanqueidade e verificações de projeto e visual.
Além dos ensaios citados, existem mais dois que merecem atenção especial: o ensaio de
arco elétrico e o de medição de descargas parciais.
Ensaio de arco elétrico
O arco é uma descarga elétrica entre dois eletrodos que ocorre, normalmente, através de
um meio isolante ionizado, causando sua ruptura.
Duração do arco elétrico
A Figura 2.1 mostra a curva característica de uma falha de arco ocasionada em um
PMT.
9 Ensaios dielétricos são aqueles realizados por meio da aplicação de uma tensão a um componente
elétrico que excede ao seu valor de operação normal. O objetivo é determinar se o isolamento de um
componente é adequado o suficiente para proteger o usuário contra os choques elétricos (SOUSA, 2015)
[37].
8
Figura 2.1 - Propagação do arco ao longo do tempo [13].
1- A maior solicitação de pressão acontece nos primeiros 10 ms, chegando à
aproximadamente 600 hPa;
2- A primeira frente de onda pode causar danos severos ao cubículo;
3- A fase térmica10
se inicia após os 100 ms e se estende até a extinção completa do
arco.
Esse ensaio é considerado também como um ensaio de tipo e é obrigatório quando
aplicável. A IAC – Internal Arc Classification se aplica para os cubículos que se
enquadram nos critérios estabelecidos para proteção de pessoas na ocorrência de arco
interno, demonstrado por testes apropriados.
Condições de teste pré-estabelecidas
O protótipo deve estar totalmente equipado e todos os compartimentos devem ser
testados. Os valores padrão de duração são de 1 s, 0,5 s e 0,1 s. O SF6 pode ser
substituído por ar e o local de ignição e o fluxo de energia devem ser definidos.
Indicadores
São tecidos11
que indicam se o painel foi aprovado ou não no ensaio. Se eles não
incendiarem pela influência de gases quentes, o painel está aprovado. Caso eles
queimem durante o ensaio por influência de gases quentes, o painel está reprovado. O
10 Fase térmica é a etapa onde o arco alcança milhares de graus Celsius e os materiais do painel começam
a fundir, vaporizar e se decompor, resultando na geração de gases quentes, fogo e total perda dos
componentes internos (JÚNIOR & FERREIRA, 2015) [19]. 11
De acordo com a IEC 62271-200 (2007), esses indicadores são pedaços de pano que são presos às
grades de isolamento que circundam o painel durante o ensaio de arco elétrico. Funcionam como corpos
de prova e facilitam a percepção visual da eficácia do ensaio [2].
9
resultado do teste ainda será satisfatório se houver comprovação de que os indicadores
pegaram fogo devido a partículas incandescentes e não por gases quentes.
A Tabela 2.1 mostra os tecidos utilizados para cada tipo de acessibilidade e as Figuras
2.2a e 2.2b ilustram os tecidos em detalhes e no momento do ensaio, respectivamente.
Tabela 2.1 - Indicadores por acessibilidade.
Acessibilidade Distância do Painel Tecido Área de
Cobertura
A 300 mm ± 15 mm Cretone preto (150 g/m²) 40% - 50%
B 100 mm ± 5 mm Linho preto (40 g/m²) 40% - 50%
Fonte: NBR IEC 62271-200:2007 [2].
Figuras 2.2: a - Indicador preso à grade de proteção; b - Indicadores espalhados pela grade
durante um ensaio de arco [13].
Duto de gases
Em casos onde o painel será instalado junto à parede, a IEC 62271-200 (2007) permite
que a subestação possua um duto para escape de gases quentes para uma região externa
ao local de instalação dos painéis, como mostra a Figura 2.3 [2].
10
Figura 2.3 - Painel com duto de gases [13].
Critérios de aceitação
Segundo a IEC 62271-200 (2007), existem alguns critérios que precisam ser atendidos
para que o painel ensaiado possa ser considerado aprovado [2]. São eles: a não abertura
das chapas de fechamento e portas, a não fragmentação da estrutura, a inexistência de
buracos nos lados acessíveis até uma altura de 2 m, a não queimadura dos indicadores
devido a gases quentes, a limitação de deformações permanentes a uma distância menor
do que aquela à parede, o não direcionamento dos gases aquecidos à parede e a
permanência eficaz das conexões à terra.
Ensaio de medição de descargas parciais
É uma forma adequada de identificar defeitos no equipamento sob ensaio e é um
complemento aos ensaios dielétricos. Segundo CUENCA (2005), as descargas parciais
são sucessões de descargas elétricas incompletas, rápidas e intermitentes, da ordem de
nano segundos, que ocorrem pela proximidade entre duas partes condutoras de
eletricidade e um meio isolante, pelo efeito de ionização em cavidades gasosas [14].
Podem conduzir o dispositivo a uma degradação progressiva na rigidez dielétrica12
da
12
Segundo NEMÉSIO SOUSA (2018), é o valor da DDP - Diferença de Potencial para a qual um
dielétrico que esteja sujeito a uma DDP entre suas placas, crescente progressivamente, deixa de funcionar
como isolante sendo atravessado por uma corrente elétrica [26].
11
isolação, em particular de isolantes sólidos e de compartimentos preenchidos com
fluido.
Circuito de ensaio trifásico
A finalidade do ensaio é estabelecer um limite para essas descargas, visando desacelerar
a perda de vida útil do equipamento. Usam-se três capacitores de acoplamento
conectados como mostra a Figura 2.5. Ao detector de descargas parciais são conectadas
três impedâncias de medição. A calibração do detector se dá através de pulsos de
corrente de pequena duração de carga conhecida injetados entre cada uma das fases por
vez por um lado, e o terra e as outras duas fases pelo outro lado. A calibração com
menor deflexão é utilizada para determinar a quantidade de descargas.
Figura 2.4 - Circuito de ensaio de descargas parciais [2].
Onde:
N é a conexão de neutro
E é a conexão de terra
12
são terminais para conexão da fonte de tensão trifásica
são impedâncias do circuito de ensaio
é o capacitor de acoplamento
é a impedância de medição
D é o detector de descargas parciais
Procedimento de ensaio
De acordo com a IEC 62271-200 (2007), eleva-se a tensão à frequência industrial a um
valor de 1,3 ou
da tensão nominal, mantendo neste valor por pelo menos 10 s [2]. As
descargas parciais ocorridas nesse período devem ser desconsideradas. Então, reduz a
tensão à 1,1 ou
da tensão nominal e mede-se a quantidade de descargas parciais por
meio do detector. Os limites aceitáveis são de 10 pC a 1,1 da tensão nominal fase-fase
para sistemas solidamente aterrados e 100 pC a 1,1 da tensão nominal fase-terra para
sistemas sem neutro aterrado solidamente.
o Acessibilidade
Segundo a norma IEC 62271-200 (2007), existem três tipos: A, B e C [2].
A acessibilidade ‘A’ restringe-se apenas ao pessoal autorizado, como trabalhadores
qualificados ou capacitados e profissionais habilitados, com anuência formal da
empresa.
Conforme o item 8.1 da NR-10 – Norma Regulamentadora 10 (2004)13
, são
considerados trabalhadores qualificados aqueles que comprovam conclusão de curso
específico na área elétrica reconhecido pelo sistema oficial de ensino brasileiro. Já de
acordo com o item 8.3, trabalhadores capacitados são aqueles que, simultaneamente,
recebem capacitação e trabalham sob orientação e responsabilidade de profissional
habilitado e autorizado pela NR-10. Por fim, segundo o item 8.2, profissionais
13
Norma Regulamentadora é o conjunto de requisitos e procedimentos do Ministério do Trabalho e
Emprego, relativos à segurança e medicina do trabalho, de observância obrigatória às empresas privadas,
públicas e órgãos do governo que possuam empregados regidos pela CLT - Consolidação das Leis do
Trabalho. A NR-10 trata da segurança em instalações e serviços em eletricidade (NUNES, 2016) [27].
13
legalmente habilitados são os trabalhadores previamente qualificados e com registro no
competente conselho de classe [24].
O item 8.9 da NR-10 (2004) explicita que os trabalhadores com atividades não
relacionadas às instalações elétricas desenvolvidas em zona livre (área por onde
qualquer pessoa pode circular) e na vizinhança da zona controlada (onde o acesso é
permitido somente a trabalhadores autorizados) devem ser instruídos formalmente com
conhecimentos que permitam identificar e avaliar seus possíveis riscos e adotar
precauções cabíveis [24].
Já a acessibilidade ‘B’ é irrestrita e inclui o público geral. Utilizada em locais onde não
existe controle de acesso ou em locais onde há a livre e inadvertida circulação de
pessoas.
A classificação ‘C’ não é aplicável para painéis, visto que é prevista pela IEC 62271-
200 (2007) somente para equipamentos localizados em postes [2].
o Categorias de Perda de Continuidade de Serviço
A IEC 62271-200 (2007) define as categorias de perda de continuidade de serviço como
sendo as diferentes possibilidades de manter outros compartimentos e/ou unidades
funcionais energizadas quando um compartimento acessível é aberto, ou seja, se uma ou
mais colunas do painel permanecem em funcionamento quando uma outra coluna fica
desenergizada. São classificadas em LSC - Loss Service Continuity 1, 2 A e 2 B.
Na categoria LSC 1, se um compartimento acessível em uma unidade funcional estiver
aberto, pelo menos uma das unidades funcionais adjacentes deve ser desligada.
Na categoria LSC 2 A, se um compartimento acessível em uma unidade funcional
estiver aberto, todas as outras unidades funcionais permanecem em serviço
(energizadas).
Na categoria LSC 2 B, se um compartimento acessível em uma unidade funcional
estiver aberto, todas as outras unidades funcionais permanecem em serviço
(energizadas), bem como o compartimento de cabos e de barramento da unidade aberta.
14
o Designação para placa de identificação
Segundo a IEC 62271-200 (2007), a placa de identificação deve conter, no mínimo, as
seguintes informações.
Classificação: IAC
Tipo de acesso: A, B ou C
Lado de acesso do painel: F (front) para acesso frontal, L (lateral) para acesso
lateral ou R (rear) para acesso traseiro.
Valor de teste da corrente suportável de curta duração: corrente (em kA) e
duração (em s).
A placa de identificação de um painel pode ser observada na Figura 2.4.
Figura 2.5 - Placa de identificação do PMT [13].
2.1.4. Índice de Proteção
Níveis de classes de proteção são padrões internacionais definidos pela IEC 60529
(2009) para classificar e avaliar o grau de proteção de produtos contra intrusão de
sólidos e de água [3]. Com isso, é possível determinar se o equipamento deve ser
instalado em ambiente interno ou externo e se é adequado a permanecer em atmosferas
agressivas, como por exemplo, exposto à maresia ou ambiente com suspensão de poeira.
O IP – Índice de Proteção de um equipamento é formado obrigatoriamente por dois
dígitos: o primeiro indica proteção contra sólidos e pode variar de 0 a 6 e o segundo
15
indica proteção contra água e pode variar de 0 a 8, sempre em ordem crescente de nível
de proteção. A letra X também pode aparecer em qualquer um dos dois dígitos,
indicando que não há dados disponíveis para especificar um grau de proteção em
relação a um dos critérios. As Tabelas 2.2 e 2.3 indicam os dois tipos de proteção e seus
significados segundo seus algarismos.
Tabela 2.2 - Proteção contra sólidos.
Primeiro
Dígito Acesso às partes perigosas Ingresso de objetos sólidos
0 Não protegido Não protegido
1
O calibrador de acesso (esfera de
50 mm de diâmetro) deve ter uma
distância de isolamento das partes
perigosas apropriada
Protegido contra objetos sólidos
estranhos de diâmetro maior ou
igual a 50 mm
2
O dedo de prova normalizado de
12 mm de largura e 80 mm de
comprimento deve ter uma
distância de isolamento apropriada
das partes perigosas
Protegido contra objetos sólidos
estranhos de diâmetro maior ou
igual a 12,5 mm
3 Haste de 2,5 mm não deve
penetrar
Protegido contra objetos sólidos
estranhos de diâmetro maior ou
igual a 2,5 mm
4 Fio de 1 mm não deve penetrar
Protegido contra objetos sólidos
estranhos de diâmetro maior ou
igual a 1 mm
5 Fio de 1 mm não deve penetrar Protegido contra poeira
6 Fio de 1 mm não deve penetrar Totalmente protegido contra poeira
X Não há dados disponíveis para
especificar
Não há dados disponíveis para
especificar Fonte: NBR IEC 60529:2017 [3].
Tabela 2.3 - Proteção contra água.
Segundo
Dígito Proteção contra água
0 Não protegido
1 Gotejamento vertical
2 Gotejamento com 15º de inclinação
3 Água borrifada
4 Água esguichada
5 Jato d'água
6 Jato d'água forte
7 Submersão temporária
8 Submersão contínua
X Não há dados disponíveis para
especificar
Fonte: NBR IEC 60529:2017 [3].
16
2.1.5. Principais equipamentos que compõem um painel
Dentre os diversos equipamentos que podem estar contidos em um painel, existem
aqueles que aparecem em quase todas as configurações e são de extrema relevância no
que diz respeito à proteção, medição e manobra. São eles: disjuntor, relé, chave
secionadora, TC – Transformador de Corrente, TP – Transformador de Potencial,
fusível e para-raios.
Disjuntor
Segundo NEMÉSIO SOUSA (2018) um equipamento capaz de interromper, estabelecer
e conduzir as correntes nominais de carga e suportar as correntes normais de operação e
as anormais especificadas. Também deve suportar os efeitos do arco elétrico e os efeitos
eletromagnéticos e mecânicos das correntes de faltas, além dos efeitos térmicos da
corrente estabelecida, e interromper o mais rapidamente possível as correntes de curtos-
circuitos, limitando assim possíveis danos causados ao sistema elétrico como um todo
[25].
Em relação ao método de extinção do arco elétrico, o disjuntor pode ser classificado
como a óleo isolante mineral, a ar comprimido, a sopro magnético, a semicondutores, a
SF6 e a vácuo. Os mais utilizados em PMT são os disjuntores a SF6 e a vácuo, por serem
seguros, duradouros, adequados para funcionamento em faixas de tensão mais elevadas
e por permitirem um número elevado de manobras (acima de 10.000).
o Disjuntor a SF6
A extinção ocorre através do sopro do gás pressurizado através de um pistão, gerando
um fluxo desse gás sobre o arco elétrico, resfriando o meio e deionizando o gás
localizado entre os contatos. A suportabilidade é restabelecida, impedindo uma nova
ignição. A Figura 2.6a. mostra o mecanismo de extinção e a 2.6b, o equipamento em si.
17
Figuras 2.6: a - Vista da câmara de extinção; b - Disjuntor a SF6 [7].
o Disjuntor a vácuo
A priori, pode parecer impossível que um arco elétrico se estabeleça no vácuo, devido à
necessidade de um meio ionizado. Mas nesse caso, os íons e elétrons são oriundos da
evaporação de partículas metálicas dos contatos, devido à alta temperatura. Com a
sequência da operação, os contatos se separam e quando a corrente passa pelo zero, o
arco se extingue e as partículas metálicas retornam para a superfície dos contatos.
Praticamente não exige manutenção e, devido à falta de um meio de extinção líquido ou
gasoso, pode realizar religamentos automáticos múltiplos. A Figura 2.7a mostra a
estrutura do polo e 2.7b mostra o equipamento em si.
Figuras 2.7: a - Estrutura do polo; b - Disjuntor a vácuo [30].
18
Relé de proteção
É um dispositivo capaz de sentir uma condição anormal do sistema e enviar um sinal de
comando para o disjuntor abrir seus contatos (sinal de trip) e interromper o
fornecimento de energia às cargas. Sua proteção ocorrerá para as funções de proteção,
segundo a IEC 61850 (2003), contidas em sua configuração, que podem ser de
sobrecorrente (50/51), sobretensão (59), subtensão (27), sobrefrequência (81), entre
outras [17]. Também podem ser responsáveis por emitir sinais de alarme. Os mais
utilizados na MT são os eletromecânicos e os digitais microprocessados inteligentes.
o Relé eletromecânico
É constituído basicamente por uma bobina, um contato móvel chamado de armadura,
um contato fixo e uma mola de resistência. Quanto maior for a corrente que atravessa a
bobina, maior será a força de atração do contato móvel em direção ao fixo gerada pelo
campo magnético criado, superando a força de resistência contrária da mola e
realizando assim a operação de fechamento. Praticamente foi deixado de ser usado em
novos painéis, especialmente pelo desgaste mecânico gerado pelo atrito dos seus
contatos, pela reduzida precisão e pela necessidade de comunicação dos equipamentos
de proteção com os de automação e com o sistema supervisório. Esse tipo de relé é
mostrado nas Figuras 2.8a e 2.8b.
Figuras 2.8: a - Esquema de um relé eletromecânico; b - Equipamento em si [36].
19
o Relé digital microprocessado inteligente
Na atualidade é o de maior aplicação em PMT. Além de cumprir funções de proteção
como os outros relés, é capaz de se comunicar com sistemas de automação, integrando-
se com diversas partes de uma planta industrial através dos seus dados. Possui alta
confiabilidade e fácil manuseio, devido à presença de displays em sua montagem.
Também possui alta flexibilidade devido à sua parametrização, que pode ser realizada
via software para ajuste de qualquer característica desejada. A Figura 2.9 mostra esse
tipo de equipamento.
Figura 2.9 - Relé digital microprocessado inteligente [32].
Chave secionadora
É um equipamento de manobra que pode abrir e fechar um circuito quando uma
corrente de valor irrisório é interrompida ou estabelecida. Conduz correntes normais de
carga e correntes de curto-circuito por um determinado tempo. Também possui a função
de isolar equipamentos, para a realização de uma manutenção, por exemplo, e de
transferir circuitos, provendo maior flexibilidade ao esquema da subestação. Não é
capaz de interromper correntes de curto-circuito como os disjuntores. Uma vista de uma
chave secionadora pode ser observada na Figura 2.10.
20
Figura 2.10 - Chave secionadora [31]
TC - Transformador de Corrente
É um equipamento que transforma o alto valor de corrente do circuito primário em
correntes de níveis acessíveis para os circuitos de proteção e controle conectados ao seu
secundário.
Quanto ao tipo de serviço, pode ser classificado como de proteção ou de medição. O TC
de proteção tem precisão reduzida e elevada corrente de saturação. Isso ocorre para que
a proteção possa atuar antes do núcleo saturar. Assim, possui aplicação favorecida em
condições de curto-circuito. Já o TC de medição possui elevada precisão e baixa
corrente de saturação. Isso ocorre para que, em condições de curto, o TC sature, gerando
uma proteção aos equipamentos conectados ao seu secundário. Assim, possui aplicação
favorecida em condições normais de carga. Ambos são encontrados em PMT.
Quanto às características construtivas, existem diversos tipos, como barra, bucha,
núcleo dividido, pedestal, entre outros. Para PMT, os mais utilizados são o tipo janela.
o Tipo janela
O primário é o próprio condutor onde se pretende medir a corrente e o secundário é
bobinado em torno do núcleo. Os TC tipo janela são utilizados em barramentos e cabos
e nas buchas de transformadores. A Figura 2.11a mostra o esquema de um TC tipo
janela e a 2.11b mostra esse equipamento instalado no interior de um cubículo blindado.
21
Figuras 2.11: a - Esquema de um TC tipo janela; b - Aplicação do TC em cubículo blindado
[10].
TP - Transformador de Potencial
Instrumento utilizado para a medição de tensões. Ele reduz o nível de tensão do
enrolamento primário em relação ao secundário segundo uma relação de transformação
definida, possibilitando que instrumentos de medição, proteção e controle, como relés,
voltímetros e wattímetros sejam conectados no lado BT. É utilizado em diversas colunas
de um PMT e estão, assim como os TC, obrigatoriamente em um cubículo de medição e
faturamento. A Figura 2.12 mostra um TP unipolar isolado em resina moldada.
Figura 2.12 - Transformador de potencial [31].
22
Fusível
É um dispositivo de proteção contra sobrecorrentes que é composto por um filamento
metálico no interior de um dielétrico que, quando percorrido por uma corrente de curto-
circuito superior àquela para qual o mesmo foi projetado, se funde, interrompendo a
passagem de corrente elétrica. O tipo mais utilizado em PMT é o HRC – High Rupture
Capacity, que fornece proteção contra arcos elétricos (BR FUSI, 2016). Sua aplicação é
observada em cubículos de transformadores ou de medição de tensão. A Figura 2.13
mostra uma visão geral do fusível.
Figura 2.13 - Fusível HRC [34].
Para-raios
É um equipamento de proteção contra surtos de tensão e descargas atmosféricas. É
responsável por conduzir as suas correntes subsequentes até a malha de aterramento,
impedindo que outros equipamentos sejam danificados. Esse caminho é feito através de
um varistor de óxido metálico, que é um dispositivo cuja resistência varia inversamente
com a tensão aplicada em seus terminais.
O tipo mais usado em PMT é o para-raios polimérico, como mostra a Figura 2.14. Isso
porque são resistentes à poluição ambiental devido ao seu invólucro de silicone,
impedindo o aparecimento de correntes superficiais e possuem bom desempenho em
23
relação a falhas à terra. Pode ser utilizado em cubículos de secionamento, disjuntores ou
entrada de cabos.
Figura 2.14 - Para-raios polimérico para PMT [34].
2.2. AUTOMAÇÃO EM SUBESTAÇÕES
2.2.1. Aplicação
A automação no contexto da distribuição de energia tem a principal função de atribuir
ao sistema mais confiabilidade, uma vez que status de equipamentos se tornam dados,
que podem ser armazenados e analisados remotamente, reduzindo a necessidade de
operadores em campo para solucionar determinadas questões.
Nas subestações blindadas, os dispositivos de automação auxiliam no controle, proteção
e manutenção dos elementos que a compõem, além de se comunicarem com outros
equipamentos de uma planta industrial. Essa integração entre automação e energia é a
tendência que se desenha para o futuro.
2.2.2. Elementos de automação
Dentre os principais dispositivos clássicos de automação que podemos destacar no
contexto de distribuição de energia elétrica, estão:
24
Remotas de campo
São dispositivos com entradas e saídas analógicas e digitais e que têm por função
aquisitar dados de sensores, válvulas, atuadores e enviar à camada de controle, uma vez
que não possuem qualquer tipo de processamento inteligente ou memória. São
chamadas de remotas por estarem fisicamente posicionadas em lugares de difícil acesso
na planta da instalação e por vezes longe dos controladores. A Figura 2.15 apresenta
uma vista de uma remota de campo.
Figura 2.15 - Remota de campo [33].
Switch de rede
Um switch pode ser visto como um equipamento capaz de compactar e estender
fisicamente pontos de rede. Nele chegam diversas entradas, que se concentram em um
único ponto e são roteadas para diversas saídas. Pode ser observado na Figura 2.16.
25
Figura 2.16 - Switch de rede [33].
CLP - Controlador Lógico Programável
É um equipamento constituído por componentes eletrônicos, memória programável e
programas para ler e executar instruções, interagindo com o sistema a ser controlado
através de entradas e saídas analógicas e digitais. Em uma subestação, pode registrar
estados de dispositivos e medições de grandezas e encaminhá-las a um sistema
supervisório. Por exemplo, uma entrada analógica pode ser responsável pelo controle de
grandezas como tensão, corrente, frequência e temperatura, registrada via sensores e
medidores. Uma entrada digital pode ser responsável pelo controle de variáveis
discretas, como posição de secionadoras e disjuntores, onde seus status são
representados por valores binários, por exemplo: 0 para posição aberta e 1 para posição
fechada.
Os CLP fazem parte dos IED - Intelligent Electronic Devices, juntamente com os relés
microprocessados, realizando funções de proteção, controle e monitoramento de
sistemas elétricos. Suas principais vantagens são a flexibilidade, fácil gestão de falhas,
grande número de contatos, baixo custo, alta velocidade de operação, economia de
cabos e facilidade de programação. Sua imagem pode ser vista na Figura 2.17.
26
Figura 2.17 - Controlador Lógico Programável [33].
IHM – Interface Homem-Máquina
É um dispositivo que também faz parte da família dos IED, com display e botões que
facilitam a comunicação entre operadores em campo e outros dispositivos de
automação. Consegue se comunicar, por exemplo, com os CLP. Ao invés de o operador
entrar no software para alterar o estado de um disjuntor, ele pode fazer isso através da
IHM, que é mais intuitiva e ilustrativa. Além disso, o diagnóstico de falhas se torna
mais explícito através de alarmes que aparecem na tela da IHM. Pode ser vista na Figura
2.18.
Figura 2.18 - Interface Homem-Máquina [33].
27
SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition
É um sistema de monitoramento e supervisão de variáveis de controle oriundas de
diversas partes de uma subestação ou planta industrial, que se conectam através de um
servidor. Por exemplo, se em um painel existir um CLP controlando a manobra de um
equipamento, essa informação é registrada e transmitida ao SCADA. Ao mesmo tempo,
em outro painel posicionado em diferente local na fábrica pode existir outro dispositivo
de controle, enviando informações a esse mesmo sistema. Com essa ampla base de
dados, que passa por status de variáveis, lista de eventos e alarmes, o operador tem
acesso a uma visão superior do sistema, possibilitando que melhores soluções possam
ser adotadas em caso de falha. O sistema pode ser observado através do digrama unifilar
da Figura 2.19.
Figura 2.19 - Interface do SCADA [33].
GPS – Global Positioning System
O GPS é utilizado para determinar a posição de um receptor na superfície da Terra ou
em órbita. No caso das subestações, sua aplicação se dá especialmente para sincronizar
todos os IED em relação ao tempo, tendo hora e data comuns, para que atuem de forma
integrada. Pode ser observado na Figura 2.20.
28
Figura 2.20 – GPS [33].
Protocolo de comunicação
Protocolo é um conjunto de convenções e padrões a serem seguidos em relação ao
tratamento e formatação dos dados em um processo de comunicação. É o ‘idioma’ que
um dispositivo inteligente (CLP, Relé microprocessado, IHM) usa para se comunicar
com outro e com o supervisório (SCADA). Além disso, o protocolo divide os dados que
serão transmitidos pela rede através de pacotes, onde há informações de endereçamento
que informam a sua origem e destino.
Dentre os protocolos mais usados estão Modbus TCP, Modbus RTU, Profibus, Profinet,
DeviceNet, Ethernet IP e IEC 61850.
Gateway
É um dispositivo que interconecta redes com diferentes tecnologias de protocolo de
comunicação, por meio da realização de conversões desses protocolos. Funciona como
um ‘tradutor’, ou seja, é aplicável quando se deseja estabelecer a comunicação entre
equipamentos que utilizem protocolos de rede distintos. O gateway pode ser observado
na Figura 2.21.
Figura 2.21 - Gateway [33].
29
2.2.3. Indústria 4.0
Indústria 4.0 ou Quarta Revolução Industrial é uma expressão que engloba algumas
tecnologias para automação e troca de dados, facilitando a visão e execução de ‘fábricas
inteligentes’ com as suas estruturas modulares. Os sistemas ciber-físicos monitoram os
processos físicos, criam uma cópia virtual do mundo físico e tomam decisões
descentralizadas. Essa ideia começou a se desenvolver a partir do crescimento dos
níveis de produção no mundo e de exigência dos clientes, especialmente quanto à
qualidade, rapidez e customização de produtos e serviços.
Por ter grande influência sobre a cadeia de produção, os sistemas de distribuição de
energia passaram a ser cada vez mais modernizados, recebendo contínuos investimentos
das indústrias de forma a torná-los mais confiáveis a ponto de impedir que eles
paralisem ou atrasem seus processos, o que lhes acarretaria uma perda de receita.
Nesse contexto, a integração da automação com sistemas de energia e troca de dados
utiliza conceitos de IoT - Internet of Things, Big Data e Computação em Nuvem, que
facilitam o monitoramento e controle de parâmetros e a manutenção de equipamentos.
IoT - Internet of Things
É uma rede de dispositivos que utilizam tecnologia embarcada, softwares, sensores,
atuadores e conectam-se entre si, trocando dados. Isso permite que sistemas possam ser
controlados de forma mais eficiente e econômica, necessitando cada vez menos da
intervenção humana nos processos.
Existe uma variada gama de aplicações de IoT, como na área de transportes, ajudando
na redução do nível de consumo de combustíveis, infraestrutura de cidades, tornando
mais fácil a gestão de lixos e resíduos, e até mesmo em residências, onde aparelhos
eletrodomésticos são desligados automaticamente em horário de ponta para reduzir o
preço da conta de energia do consumidor.
A utilização de IoT em sistemas de distribuição de energia industriais ocorre
especialmente no diagnóstico de falhas através do monitoramento de parâmetros físicos,
como corrente, tensão, pressão, vibração e temperatura. Isso facilita a detecção da
necessidade de substituição de possíveis componentes que estejam chegando ao fim de
suas vidas úteis, por exemplo.
30
Big Data
É um termo utilizado na atualidade para nomear conjuntos de dados muito grandes e
complexos, onde aplicativos de processamento de dados tradicionais possuem
dificuldade de tratá-los. Os grandes desafios incluem: análise, captura, curadoria de
dados, pesquisa, compartilhamento, armazenamento, transferência, visualização e
informações sobre privacidade dos dados.
Uma maior precisão nos dados pode levar à tomada de decisões com mais confiança.
Além disso, melhores decisões podem significar maior eficiência operacional, redução
de risco e de custos. A análise adequada desses dados permite também encontrar novas
tendências, estabelecendo relações de causa e consequência que permitem explicar
fenômenos que antes não podiam ser justificados.
Computação em nuvem
À medida que a utilização da internet foi crescendo e que o volume de dados aumentou,
foi-se tornando cada vez mais difícil para os sistemas de hardware e software existentes
suportar e gerir tamanha carga de informação. Assim, viu-se necessário desenvolver um
ambiente capaz de reter toda essa quantidade de dados e, acima de tudo, tratá-los, de
forma a gerar relatórios e diagnósticos com rapidez e eficiência.
As grandes vantagens de utilização da nuvem são a comunicação externa e superior ao
supervisório e o processamento de dados em alta capacidade, o que proporciona a
possibilidade de tomadas de decisão descentralizadas. Pode-se pensar em um exemplo:
Um equipamento tem sua vibração mecânica monitorada através de um aplicativo em
nuvem no Brasil. Suponha-se que houve alguma falha nesse equipamento. O aplicativo
utilizará os dados inseridos na nuvem de todas as localidades do mundo e identificará
onde o problema ocorreu, qual foi a causa e qual solução foi tomada. Ou seja, além da
manutenção preventiva, por aplicação de técnicas preditivas, que pode ser feita através
do monitoramento constante do parâmetro analisado, a prescrição das providências de
manutenção também se torna facilitada, em caso de defeito ou falha.
31
2.3. PORTFÓLIO SIEMENS
Como foco de estudo deste trabalho, foi escolhido o modelo de painel a SF6 SIMOSEC,
do fabricante SIEMENS. Ele pode ser observado na Figura 2.22.
Figura 2.22 - Painel SIMOSEC [31].
2.3.1. Características técnicas
São cubículos ensaiados conforme IEC 62271-200 (2007), de categoria de perda de
continuidade de serviço LSC 2A em invólucro metálico, ou seja, se um compartimento
acessível em uma unidade funcional está aberto, todas as outras unidades funcionais
permanecem energizadas e em serviço exceto no caso do compartimento de barramento
principal do conjunto de manobra e controle de um único barramento, o qual, quando
aberto, impede a continuidade do serviço.
Apresenta classificação IAC (arco interno), acessibilidade ‘A’, locais de acesso ao
painel FLR (pela frente, pela lateral e por trás), valores de teste da corrente suportável
de curta duração de 20 kA em 1s, IP 2X e possui sistema capacitivo de detecção de
tensão para verificação de sua ausência.
32
O barramento e a conexão de cabos estão isolados a ar, porém os equipamentos de
proteção e manobra estão imersos em , permitindo que o painel possua um design
compacto. O painel também possui sistema de intertravamento mecânico contra
manobras realizadas de maneira incorreta.
Os demais dados técnicos básicos podem ser observados na Tabela 2.4.
Tabela 2.4 - Dados técnicos do PMT SIMOSEC.
Fonte: Catálogo SIMOSEC [31].
O aterramento do painel é feito através de dois dispositivos: da barra para a terra e da
faca à terra. A primeira interliga todas as colunas do painel, conectando a carcaça e o
cabeamento interno à malha de terra da instalação. A segunda é um dispositivo utilizado
para aterrar cargas em um cubículo de saída, devendo ser acionada depois que o
disjuntor for aberto, ou aterrar a entrada em um cubículo de entrada, devendo ser
acionada com a alimentação desenergizada. Esta configuração elimina alguma tensão
induzida que possa ter ficado armazenada nas cargas e evita que o técnico de
manutenção receba a descarga dessa tensão.
2.3.2. Tipos de cubículos do SIMOSEC
A SIEMENS apresenta diferentes códigos para seus cubículos do painel SIMOSEC,
visando facilitar o desenvolvimento de suas soluções e também a posterior montagem
33
em fábrica. Nesta Seção serão apresentadas apenas as opções de código que foram
utilizadas para as modelagens propostas na Seção 4.1.1.
Cubículo K1
É o cubículo de entrada de cabos que pode ser ligado a um barramento de 630 A ou
1.250 A. Ele possui 500 mm de largura e tem como itens opcionais um sistema de
detecção de tensão capacitivo, ponto fixo para aterramento, TC, para-raios, cabo e
segundo cabo. Seu esquemático pode ser observado na Figura 2.23.
Figura 2.23 - Esquemático do cubículo K1 [31].
Cubículo R(T)
É o cubículo de secionamento do barramento de 630 A. Possui 375 mm de largura e
uma chave secionadora de três posições com carga. Pode apresentar como opções um
sistema de detecção de tensão capacitivo adicional, TC e TP. Seu esquemático pode ser
observado na Figura 2.24.
Figura 2.24 - Esquemático do cubículo R(T) [31].
34
Cubículo R1
É o cubículo de secionamento do barramento de 630 A de 500 mm de largura. Possui
uma chave secionadora de três posições com carga. Pode apresentar como opções um
sistema de detecção de tensão capacitivo adicional, TC, TP e para-raios. Seu
esquemático pode ser visto na Figura 2.25.
Figura 2.25 - Esquemático do cubículo R1 [31].
Cubículo M(-K)
Cubículo para medição de qualidade de energia. Possui 750 mm, TC, TP, medidor de
qualidade de energia e itens opcionais, como sistema de detecção de tensão capacitivo e
ponto fixo para aterramento do barramento, como mostra o esquemático da Figura 2.26.
Figura 2.26 - Esquemático do cubículo M(-K) [31].
35
Cubículo M
É o cubículo onde ocorrerá a medição para faturamento. Possui 750 mm de largura e
tem como opções um sistema de detecção de tensão capacitivo e ponto fixo para
aterramento. Possui também TC e TP, onde o fornecimento será de responsabilidade da
concessionária. A Figura 2.27 ilustra o esquemático do cubículo em questão.
Figura 2.27 - Esquemático do cubículo M [31].
Cubículo H
É o cubículo de transição, que levará os cabos da parte inferior do painel da coluna de
medição até a parte superior para a saída com o disjuntor. Possui uma largura de 375
mm e tem como opções um sistema de detecção de tensão capacitivo, ponto fixo de
aterramento, TC e TP, como mostra o esquemático da Figura 2.28.
Figura 2.28 - Esquemático do cubículo H [31].
36
Cubículo L
Esse cubículo será o que irá conter o disjuntor de saída do painel, correspondendo assim
à última coluna. Sua largura é de 500 mm e contém uma chave secionadora de três
posições e um disjuntor a vácuo. Existem também itens opcionais, como o sistema de
detecção de tensão capacitivo, ponto fixo de aterramento, TC, TP, chave de aterramento
com capacidade de estabelecimento, para-raios e cabos (não inclusos no material
fornecido). O esquemático pode ser visto na Figura 2.29.
Figura 2.29 - Esquemático do cubículo L [31].
A lista completa de materiais por coluna será vista na Seção 4.2.3.
2.4. REQUISITOS EXIGIDOS PELA LIGHT
2.4.1. Terminologia e definições
Antes de entender o que a Light requer para o modelo dos painéis, é necessário entender
as definições de consumidor, instalação de entrada e ponto de entrega, segundo a
RECON MT – Regulamentação para Fornecimento de Energia Elétrica a Consumidores
em Média Tensão (2016), elaborada pela concessionária [22].
Consumidor é a pessoa física ou jurídica, de iniciativa pública ou privada, que solicite
a contratação para o fornecimento de energia elétrica à distribuidora, assumindo as
obrigações decorrentes segundo normas e contratos.
Instalação de entrada é o conjunto de equipamentos que constituem uma estrutura
elétrica de manobra, medição e proteção, instalada junto ao limite de propriedade com a
via pública para permitir a conexão da carga com a rede da Light.
37
O ponto de entrega é considerado como o ponto de conexão dos terminais do ramal no
barramento da subestação blindada, devendo a subestação estar situada no limite da
propriedade com a via pública, considerando o acesso principal ou no máximo três
metros desse limite. O consumidor é responsável pela infraestrutura interna a partir do
limite de propriedade para receber o ramal de entrada, bem como pelos equipamentos e
instalações necessárias para manobra, proteção, transformação e outros.
2.4.2. Tensões e limite de demanda de atendimento
As TR - Tensões de Referência que a Light pratica na sua área de concessão são de 6,3
kV, 13,8 kV, 25 kV e 34,5 kV. As TA - Tensões de Atendimento podem ser
classificadas em adequadas, críticas e precárias, de acordo com o grau de afastamento
da TL - Tensão de Leitura em relação à TR, como mostra a Tabela 2.5.
Tabela 2.5 - Classificação de tensões de acordo com suas faixas de variação.
Classificação da
TA Faixa de variação da TL em relação à TR
Adequada 0,93 TR ≤ TL ≤ 1,05 TR
Precária 0,90 TR ≤ TL < 0,93 TR
Crítica TL < 0,9 TR ou TL > 1,05 TR
Fonte: RECON MT (2016) [22].
O limite de atendimento da demanda é de 2.500 kW. Caso a demanda seja superior a
esse valor, a ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, no artigo 12 - inciso IV da
Resolução 414 (2010) [8], determina que a tensão primária de alimentação seja superior
a 69 kV.
2.4.3. Localização das subestações
A subestação deve ser instalada no pavimento térreo ao nível da rua, em ambiente seco
e em condições que permita o livre acesso da Light a qualquer tempo. De acordo com o
RECON MT (2016), não é permitida a instalação em subsolo ou local que possa ser
inundado [22]. Entretanto, com avaliação e autorização da concessionária, poderá ser
instalada em superfície do primeiro andar (mezanino), uma vez que a distância máxima
aceitável a partir do limite de propriedade tenha sido obedecida.
38
2.4.4. Proteção geral de entrada
A proteção geral de entrada das subestações deve contemplar obrigatoriamente as
funções de sobrecorrente (50/51 e 50/51N) e deve ser efetivada exclusivamente através
de relés secundários eletrônicos digitais, acionando o disjuntor tripolar na MT
localizado a jusante da medição. Estes relés devem possibilitar o ajuste mínimo para
corrente de 20 A na unidade temporizada de neutro. Conforme o RECON MT (2016),
não é aceita a utilização de CLP para a função de proteção, bem como relés primários
na proteção de entrada [22].
Já para as sobretensões, a proteção deverá ser realizada através da adoção de
dispositivos contra surtos de tensão nominal, com características técnicas compatíveis
para a tensão do atendimento, que são os para-raios poliméricos. Eles devem
proporcionar a segurança de pessoas, animais, instalações e equipamentos, contra
tensões induzidas, elevação de potencial oriunda de faltas a terra no lado de maior
tensão da própria instalação ou das configurações elétricas próximas. A utilização de
para-raios é obrigatória quando a alimentação do painel ocorre via rede aérea, devido a
possíveis propagações de descargas atmosféricas pela rede. Se a alimentação for
subterrânea, o para-raios pode não ser utilizado.
Os circuitos de controle e proteção devem ser alimentados através de bancos de baterias
em corrente contínua. Isso se dá para que, em caso de falta de energia, os dispositivos
permaneçam em funcionamento.
2.4.5. Medição de faturamento e qualidade de energia
A medição de faturamento deve ocorrer no lado de média tensão, com medidor, TC, TP
e demais componentes fornecidos e instalados pela concessionária. É de
responsabilidade do consumidor a conservação de selos, lacres e dispositivos de
segurança instalados pela Light na sua subestação particular. O módulo de medição
deverá ser projetado prevendo a instalação de medição a três elementos (3 TC e 3 TP) e
deve estar a montante da proteção geral de entrada da subestação.
39
O módulo de medição de qualidade de energia14
deve ser instalado ao lado e
imediatamente após, física e eletricamente, do módulo de medição de faturamento,
estando os cubículos de medição de faturamento e de medição de qualidade instalados
entre chaves secionadoras com posição de aterramento voltada para o lado da carga. A
medição de qualidade também será sempre efetivada em sistema a três elementos (3 TC
e 3 TP), sendo esses de instalação e fornecimento de responsabilidade do consumidor.
Esse tipo de medição é obrigatório em clientes que possuem geradores próprios no
interior de suas instalações.
14
Segundo MEHL (2004), o módulo de medição de qualidade de energia é responsável por avaliar um
conjunto de parâmetros (nível de tensão, distorções de sinal devido a componentes harmônicas e
interrupções de serviço, por exemplo) que determinam se a energia elétrica que está sendo fornecida ao
consumidor é boa ou ruim [23].
40
CAPÍTULO 3
3. METODOLOGIA DA PESQUISA
3.1. INTRODUÇÃO
No presente capítulo, será abordada a metodologia de estudo adotada para a elaboração
do trabalho. A pesquisa também será classificada de acordo com definições encontradas
em literatura.
3.2. DELINEAMENTO DA PESQUISA
O estudo propõe a discussão de modelos de um painel elétrico de média tensão isolado a
gás com entrada de medição padrão Light, tendo como base uma solução SIEMENS.
Serão levantados aspectos técnicos do painel, em termos de corrente, tensão, isolação e
proteção, e também comerciais, como custo de fabricação e levantamento de mercado.
Também será explicado como ocorre o processo de validação do modelo na
concessionária e por fim será feita uma proposição para futuro envolvimento da solução
no conceito de digitalização. Portanto, antes do trabalho ser iniciado, foi feita uma
pesquisa bibliográfica para ajudar no entendimento geral do tema, abordando os
seguintes tópicos:
Definição de PMT;
Ensaios necessários previstos em norma para a certificação de um painel;
Definição e detalhamento de equipamentos de energia que compõem o painel;
Definição e detalhamento de equipamentos de automação que podem compor o
painel;
Exploração de conceitos ligados à Indústria 4.0;
Portfólio SIEMENS;
Exigências da Light;
3.3. CONCEITO E CLASSIFICAÇÕES DE PESQUISA
Dentre as várias definições de pesquisa existentes, para GIL (2002), é o processo
organizado e formal no que se refere ao desenrolar da metodologia científica e tem
41
como principal finalidade encontrar soluções para problemas aplicando procedimentos
científicos.
A pesquisa não visa simplesmente reproduzir um conhecimento prévio sobre uma
determinada área, e sim produzir um novo ou propor outra abordagem sobre
determinada temática. Assim, possui papel fundamental no contínuo desenvolvimento
da humanidade.
Em relação à classificação, a pesquisa pode ser avaliada quanto à natureza, em básica e
aplicada; quanto aos objetivos, em exploratória, descritiva e explicativa, quanto à forma
de abordagem, em quantitativa e qualitativa; e quanto aos procedimentos técnicos, em
bibliográfica, documental, experimental, levantamento, estudo de caso, ex post facto,
pesquisa de ação e participante.
Logo, a pesquisa é categorizada das seguintes maneiras:
Quanto à natureza, segundo SILVA & MENEZES (2005):
o Pesquisa Básica – tem por finalidade produzir conhecimentos úteis que
contribuam para o desenvolvimento científico sem aplicação prática prevista.
o Pesquisa Aplicada – tem por objetivo proporcionar conhecimentos
visando aplicação prática, para a resolução de problemas específicos.
Quanto aos objetivos, de acordo com GIL (2002):
o Pesquisa Exploratória – objetiva a familiarização com o problema de
forma a explicitá-lo ou a proporcionar o levantamento de hipóteses através de
buscas bibliográficas, entrevistas com pessoas especializadas e análise de
exemplos que facilitem o entendimento. Em geral, assume as formas de
Pesquisas Bibliográficas e Estudos de Caso.
o Pesquisa Descritiva – tem por intuito promover a descrição de
características de determinados fenômenos ou eventos e procurar relações entre
variáveis. Envolve técnicas com padrão definido para a aquisição de dados,
como a observação sistemática e questionários. Usualmente assume a forma de
Levantamento.
o Pesquisa Explicativa – visa identificar razões que contribuem para o
acontecimento de determinados eventos, aprofundando o conhecimento da
42
realidade através de justificativas propostas. Geralmente assume as formas de
Pesquisa Experimental e Ex Post Facto.
Quanto à forma de abordagem, segundo SILVA & MENEZES (2005):
o Pesquisa Quantitativa – Traduz em números opiniões e informações
para estabelecer uma análise e classificá-las.
o Pesquisa Qualitativa – Propõe que exista um vínculo dinâmico e
inseparável entre o mundo objetivo e a subjetividade do sujeito, impossibilitando
que essa relação seja traduzida em números.
Quanto aos procedimentos técnicos, de acordo com GIL (2002):
o Pesquisa Bibliográfica – quando elaborada com base em material
previamente publicado, disponível em livros, artigos de periódicos e na internet.
o Pesquisa Documental – quando elaborada baseada em materiais que não
passaram por tratamento analítico.
o Pesquisa Experimental – quando são estabelecidos o objeto de estudo,
seus parâmetros de influência e as formas de controle e de observação das
consequências que essas variáveis acarretam ao objeto.
o Levantamento – quando ocorre a interrogação direta de pessoas cujo
comportamento se deseja conhecer.
o Estudo de caso – quando envolve um estudo aprofundado de um ou
poucos objetos de forma a permitir o seu vasto e minucioso conhecimento.
o Pesquisa Ex Post Facto – quando o estudo é realizado após a ocorrência
dos fatos.
o Pesquisa de Ação – quando é concebida em conjunto com uma ação ou
resolução de um problema coletivo.
o Pesquisa Participante – quando é realizada através da interação de
pesquisadores com membros das situações investigadas.
3.4. CLASSIFICAÇÃO DA PRESENTE PESQUISA
Considerando as categorias e as definições de acordo com os diferentes critérios de
avaliação previamente abordados, a pesquisa em questão pode ser classificada como:
43
Aplicada, pois lida com aplicações práticas e reais, observadas especialmente na
indústria e no grande comércio.
Exploratória, já que parte desde a configuração de um modelo para o painel até
o levantamento de hipóteses que justifiquem o posicionamento mercadológico
do fabricante.
Qualitativa, pois apesar de possuir um viés de estudo estatístico mercadológico
breve, o trabalho abrange majoritariamente a área técnica, com grande
importância dada à pesquisa bibliográfica.
Estudo de caso, pois foca no desenvolvimento de dois modelos específicos de
painéis em média tensão para atender exigências da concessionária de energia do
município do Rio de Janeiro.
44
CAPÍTULO 4
4. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
4.1. PROJETO
4.1.1. Modelos de painel desenvolvidos
Considerando as exigências da IEC 62271-200 (2007) e os requisitos do RECON MT
(2016) da Light, foram desenvolvidos dois modelos de painéis: um para entrada em
alimentação simples e um para entrada em alimentação dupla. As vistas frontais dos
painéis de entrada simples e dupla podem ser observadas nas Figuras 4.1 e 4.2,
respectivamente. A vista lateral, comum às duas configurações, pode ser observada na
Figura 4.3. Os diagramas unifilares para entrada simples e dupla podem ser observados
nas Figuras 4.4 e 4.5, respectivamente.
Figura 4.1 - Vista frontal do painel de entrada simples [29].
45
Figura 4.2 - Vista frontal do painel de entrada dupla [29].
Figura 4.3 - Vista lateral do painel, comum a ambos os modelos [29].
46
Figura 4.4 - Unifilar do painel com entrada simples [29].
47
Figura 4.5 - Unifilar do painel com entrada dupla [29].
48
4.1.2. Procedimentos para homologação
O processo de homologação é composto das seguintes etapas:
Manifestação do fabricante em participar do processo;
Apresentação de toda a documentação legal, técnica em pasta padrão do
fabricante acompanhada de carta de apresentação e solicitação de análise para
homologação do produto;
Análise da Light da documentação legal e técnica;
Validação da documentação legal e técnica;
Após a validação da documentação legal e técnica, deverá ser apresentado um
protótipo completo da subestação blindada no padrão Light;
Validação do protótipo por parte da Light;
Após a validação do protótipo, o fabricante estará autorizado para realização dos
ensaios conforme IEC 62271-200;
Validação dos relatórios de ensaios;
Liberação para comercialização.
Documentação exigida para homologação
Cópia autenticada do registro da empresa na área de engenharia elétrica,
classificando a empresa como fabricante de painéis elétricos em MT, junto ao
CREA/RJ – Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Rio de Janeiro;
Cópia autenticada do registro ou anotação junto ao CREA/RJ do profissional
habilitado;
Identificação e qualificação do RT - Responsável Técnico da empresa,
juntamente com cópia do contrato de trabalho dele;
49
Cópia autenticada da ART - Anotação de Responsabilidade Técnica de cargo e
função do RT de engenharia elétrica da empresa junto ao CREA da região.
Duas cópias do caderno de desenhos contendo diagrama elétrico funcional
unifilar e trifilar, diagramas de controle e proteção, arranjos eletromecânicos dos
cubículos com cortes e detalhes, especificação técnica dos equipamentos e dos
materiais empregados na subestação, tipo de chapa, espessura, tratamento
anticorrosivo, pintura e descritivo de operação e de todos os intertravamento
elétricos e mecânicos.
Apresentação de protótipo e relatório de ensaios
Com a documentação apresentada, o fabricante deverá construir um protótipo com o
arranjo proposto a ser disponibilizado na fábrica ou sobre veículo em local determinado
pela concessionária de forma a ser submetido à inspeção de conformidade normativa.
Após a aprovação do referido protótipo pela Light, ele será liberado para ser enviado
pelo fabricante aos laboratórios para a realização dos ensaios.
Os ensaios devem ser realizados pelo CEPEL - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica,
conforme IEC 62271-200 (2007) e devem ser agendados pelo fabricante, possuindo o
acompanhamento de profissionais indicados pela concessionária. O relatório deve
conter os resultados dos ensaios de tipo e do ensaio de arco elétrico interno.
4.2. EXECUÇÃO
4.2.1. Engenharia na fabricação
A fabricação é dividida em duas disciplinas: mecânica e elétrica. A mecânica cuida da
sustentação física e montagem de chaparia e a elétrica é responsável pela alocação dos
equipamentos no interior dos cubículos e pelas lógicas de comando, acionamento e
sinalização propostas no painel, seguindo exigências de segurança da NR-10 (2004)
[24].
4.2.2. Transferência de alimentação
A entrada dupla permite que, no caso de um barramento de alimentação ficar
impossibilitado de executar sua função, o outro possa fazê-la sem prejuízos para a
continuidade do serviço. Para isso, um sistema de transferência de barras rápido e
50
confiável se faz necessário e deve executar uma sequência de comandos sob diferentes
cenários, como condições de subtensão, inrush15
e curto-circuito. Essa transferência é
feita através de chave secionadora motorizada de funcionamento sob carga e pode
ocorrer de forma eletromanual, semiautomática e automática.
Para o projeto desenvolvido nesse trabalho em específico, utilizaram-se as
terminologias referenciadas na Figura 4.5.
Transferência eletromanual
Tem como objetivo a operação de abertura e/ou fechamento do alimentador
correspondente, atendidas as definições do sistema de comando e de bloqueios,
mudando, por exemplo, do alimentador preferencial (desenergizado repentinamente)
para o reserva através de botoeiras instaladas na parte frontal do painel. O acionamento
mecânico através de alavancas ficará indisponível, travado por cadeados no padrão da
concessionária.
o Condição de subtensão
Inicia-se a transferência para o outro ramal de entrada, através de acionamento
por botão vermelho instalado na porta da coluna =K01;
Desde que a entrada reserva não esteja com subtensão e a função de bloqueio
não esteja em atuação, é partida a transferência;
Será realizada a abertura da secionadora da entrada atual, e logo após o
fechamento, da secionadora da entrada reserva.
o Condição de inrush
O relé de proteção é configurado de modo a comparar a atuação da
sobrecorrente com a presença de tensão evitando que correntes de inrush
(magnetização) não bloqueiem a transferência.
O mesmo é válido para os modos semiautomático e automático.
15 De acordo com KAKNEVICIUS & HOOVER (2015), inrush é a corrente elétrica que surge a partir da
energização de um equipamento. Essa corrente inicial é muito superior à corrente estável dos dispositivos
e pode exceder a capacidade dos contatos de baixa potência, danificando componentes ligados ao circuito,
como por exemplo, chaves secionadoras [21].
51
o Condição de curto-circuito
O relé de proteção é configurado para atuações em curtos-circuitos monofásicos,
bifásicos e trifásicos (funções 50/51). Considera-se atuação de curto-circuito
essas funções associadas à condição de subtensão;
Após a atuação, a transferência será bloqueada e sua normalização deve ocorrer
de forma manual através de botão frontal do relé.
O mesmo é válido para os modos semiautomático e automático.
Transferência semiautomática
Tem como objetivo a operação de abertura e/ou fechamento do alimentador
correspondente, atendidas as definições do sistema de comando e de bloqueios,
mudando, por exemplo, do alimentador preferencial (desenergizado repentinamente)
para o reserva e sem retorno automático ao alimentador preferencial quando do seu
restabelecimento. O retorno automático somente ocorrerá quando da falta do
alimentador reserva.
o Condição de subtensão
Inicia-se a transferência após o relé de subtensão instalado na entrada principal
atuar;
Desde que a entrada reserva não esteja com subtensão e a função de bloqueio
não esteja atuada, é partida a temporização (temporização de 45 segundos para
rede aérea ou 10 segundos para rede subterrânea) para transferência;
Será realizada a abertura da secionadora da entrada atual e logo após o
fechamento da secionadora da entrada reserva;
Somente ocorrerá o retorno em caso de subtensão na linha atual e desde que a
linha de retorno atenda as condições anteriores.
Transferência automática
Tem como objetivo a operação de abertura e/ou fechamento do alimentador
correspondente, atendidas as definições do sistema de comando e de bloqueios,
mudando, por exemplo, do alimentador preferencial (desenergizado repentinamente)
52
para o reserva e com retorno automático ao alimentador preferencial quando do seu
restabelecimento.
o Condição de subtensão
Inicia-se a transferência após o relé de subtensão instalado na entrada principal
atuar;
Desde que a entrada reserva não esteja com subtensão e a função de bloqueio
não esteja atuada, é partida a temporização (temporização 45 segundos para rede
aérea ou 10 segundos para rede subterrânea) para transferência;
Será realizada a abertura da secionadora da entrada principal e logo após o
fechamento da secionadora da entrada reserva;
Caso seja restabelecida a tensão na entrada principal, o relé de subtensão retorna
à sua condição inicial;
Inicia-se a temporização de retorno para entrada principal através do módulo
lógico (60 segundos);
Será realizada a abertura da secionadora da entrada reserva e logo após o
fechamento da secionadora da entrada principal.
4.2.3. Lista de materiais
Entrada simples
O modelo de entrada simples do painel SIMOSEC é composto por um cubículo K1,
dois R (T), um M, um M (-K), um H e um L, citados na Seção 2.3.3. A lista completa de
materiais por coluna pode ser vista na Tabela 4.1.
53
Tabela 4.1 - Lista de materiais do painel de entrada simples.
Materiais Coluna Quantidade.
1 Indicador de falha à terra com sinalizador a
distância;
3 Para-raios MT - 12 kV, 10 kA - Classe de
Absorção de Energia: 1 (para alimentação aérea)
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Sistema de detecção capacitiva de tensão;
01 x Canal traseiro para alívio de pressão
Altura: 2100 mm.
K1 (500 mm) 1
1 Chave secionadora rotativa de 3 posições:
Ligado-Desligado-Aterrado
Manobra sob carga, até 630 A;
3 TC para uso interior moldado em epóxi - 15 kV,
NBI – Nível Básico de Isolamento: 34 / 95 kV; It:
80 x In, Ft: 1.2 Relação: 600 - 5 A; Exatidão:
10B50 (para a coluna a jusante da coluna de
medição de qualidade);
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Sistema de detecção capacitiva de tensão;
01 x Canal traseiro para alívio de pressão
Altura: 2100 mm.
R (T) (375 mm) 2
3 TC de uso interior moldado em epóxi - 17,5 kV,
NBI: 38 / 95 kV; It: 25 kA; Ft: 1.2 - Fornecimento
Concessionária;
3 TP de uso interior moldado em epóxi - 17,5 kV,
NBI: 38 / 95 kV; P: 500 VA – Fornecimento
Concessionária;
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Canal traseiro para alívio de pressão
Altura: 2100 mm.
M (750 mm) 1
54
Materiais Coluna Quantidade.
3 TC de uso interior moldado em epóxi - 15 kV;
NBI: 34 / 95 kV; It: 80 x In; Ft: 1.2
Relação: 600 - 5 A; Exatidão: 0,3C12,5;
3 TP de uso interior moldado em epóxi - com
fusível no primário - 15 kV; NBI: 34 / 95 kV; P:
500 VA – Relação de transformação: 13800 - 115
V; Exatidão: 0,6P75;
1 Monitor de grandezas elétricas - Parâmetros: V,
I, P, Q, S, CosFI, kWh, kVAr ligado a 2 TP – 115
V e 2 TC 5 A, saída serial Profibus;
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Placa isolante para fechamento do fundo do
painel para entrada/saída de cabos.
M (-K) (750 mm) 1
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Sistema de detecção capacitiva de tensão;
1 Placa isolante para fechamento do fundo do
painel para entrada/saída de cabos
1 Canal traseiro para alívio de pressão
Altura: 2100 mm;
3 TP de uso interior moldado em epóxi - com
fusível no primário - 15 kV; NBI: 34 / 95 kV; P:
500 VA – Relação de transformação: 13800 - 115
V; Exatidão: 0,6P75.
H (375 mm) 1
55
Materiais Coluna Quantidade.
1 Disjuntor tripolar a vácuo, isolado em SF6 de
execução fixa - 15 kV, 630 A, It: 25 kA.
1 Chave secionadora rotativa de 3 posições:
Ligado-Desligado-Aterrado
Manobra sob carga, até 630 A.
1 Caixa de BT - altura 550 mm;
1 Relé Digital de Sobrecorrente - Funções: 50/51
e 50/51N - Freq.: 50/60 Hz, Vaux: 80 a 250 Vcc,
115 Vca. Protocolo de Comunicação: Profibus;
1 Conjunto de elementos de comando e
sinalização;
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Sistema de detecção capacitiva de tensão;
1 Placa isolante para fechamento do fundo do
painel para entrada/saída de cabos;
1 Canal traseiro para alívio de pressão
Altura: 2100 mm.
L1 (750 mm) - 1
Fonte: SIEMENS - Caderno de desenhos SIMOSEC [29].
Entrada dupla
O modelo de entrada dupla do painel SIMOSEC é composto por dois cubículos R1, um
cubículo K1 modificado (feito sob encomenda devido aos TC posicionados no
barramento), dois R (T), um M, um M (-K), um H e um L, citados na seção 2.3.3. A
lista de materiais para os cubículos R1 e K1 modificado é apresentada na Tabela 4.2. As
demais colunas seguem a lista do painel de entrada simples.
56
Tabela 4.2 - Lista de materiais para colunas K1 modificada e R1.
Materiais Coluna Quantidade.
3 TC de uso interior moldado em epóxi – 15 kV,
NBI: 34 / 95 kV; It: 80 x In; Ft: 1.2
Relação: 600 - 5 A; Exatidão: 10B50;
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W.
K1 modificada
(500 mm) 1
1 Chave secionadora rotativa de 3 posições:
Ligado-Desligado-Aterrado
Manobra sob carga, até 630 A - motorizada;
1 Relé Digital de Sobrecorrente - Funções: 50/51
e 50/51N - Freq.: 50/60 Hz, Vaux: 80 a 250 Vcc,
115 Vca. Protocolo de Comunicação: RS485
Profibus (um comum às duas colunas);
1 Módulo lógico de automação para transferência
de alimentação (comum às duas colunas);
3 Para - raios MT - 12 kV, 10 kA - Classe de
Absorção de Energia: 1 (para alimentação aérea);
3 TP de uso interior moldado em epóxi - com
fusível no primário - 15 kV; NBI: 34 / 95 kV; P:
500 VA – Relação de transformação: 13800 - 115
V; Exatidão: 0,6P75;
1 Resistor de aquecimento tubular + termostato
Potência: 50 W;
1 Sistema de detecção capacitiva de tensão;
01 x Canal traseiro para alívio de pressão
Altura: 2100 mm.
R1 (500 mm) 2
Fonte: SIEMENS - Caderno de desenhos SIMOSEC [29].
4.2.4. Composição de custos
Após o levantamento da lista de materiais, torna-se mais simples estimar o custo de
fabricação de uma subestação compacta de entrada padrão Light. Para isso, foram
considerados os dois modelos abordados na modelagem.
A divisão foi feita em valores percentuais, em respeito à política de privacidade de
preços da empresa fabricante. Ela pode ser observada nas Tabelas 4.3 e 4.4.
57
Tabela 4.3 - Custos de fabricação para um painel de entrada simples.
Custo Light - Entrada Simples %
Estrutura Nacional (chaparia) 38
Estrutura Importada
(Tanque com secionadora e disjuntor) 29
Transformadores de Instrumentos 7
Caixa BT 9
Mão de obra e Engenharia 17
TOTAL 100 Fonte: SIEMENS Fábrica - Jundiaí.
Tabela 4.4 - Custos de fabricação para um painel de entrada dupla.
Custo Light - Entrada Dupla %
Estrutura Nacional (chaparia) 29
Estrutura Importada
(Tanque com secionadora e disjuntor) 19
Transformadores de Instrumentos 12
Caixa BT 28
Mão de obra e Engenharia 12
TOTAL 100
Fonte: SIEMENS Fábrica - Jundiaí.
Toda tarifação, como PIS - Programa de Integração Social, COFINS - Contribuição
para o Financiamento da Seguridade Social, ICMS – Imposto Sobre Circulação de
Mercadorias e Serviços e IPI – Imposto Sobre Produtos Industrializados, foi
considerada para cálculo. Na etapa de venda, os impostos deverão ser recuperados pelo
fabricante do painel. O PIS, COFINS e IPI são impostos federais, enquanto o ICMS é
um imposto estadual. As alíquotas que incidem sobre o preço de venda do painel são de
1,65% para o PIS, 7,6% para a COFINS, 0% para o IPI e 12% ou 20% para o ICMS,
dependendo se o cliente final é contribuinte ou não.
4.3. POSICIONAMENTO DE MERCADO
4.3.1. Estudo de market share
O market share, como foi definido na Seção 1.2, é a divisão do mercado entre os
principais concorrentes para um determinado ramo de atuação. As empresas elaboram
58
estudos nessa área, visando verificar qual o tamanho de sua influência em relação ao
nicho estudado.
Não existe um valor ideal de market share. Uma empresa pode possuir 60% do mercado
e isso ainda não ser satisfatório. Ela pode, por exemplo, estar atuando em um nicho com
poucos competidores ou então praticando margens de lucro baixas e até mesmo
negativas. Entretanto, é possível estimar qual o tamanho de sua base instalada, o que
facilitará a elaboração de um plano de ações, com o objetivo de ampliá-la.
O cálculo do market share é feito através da Equação 1:
(1)
Onde:
MS = Market share
D = Desempenho da empresa no mercado
T = Total do mercado
O tamanho total do mercado leva em consideração a região geográfica, o público-alvo e
o segmento do produto/serviço. Já o desempenho da empresa é baseado no volume de
vendas, número de clientes e faturamento da empresa.
Com isso, elaboraram-se dois estudos de market share para PMT isolados a SF6: o
primeiro para o município do Rio de Janeiro e o segundo, específico para painéis de
entrada com padrão Light.
Os dados são baseados no software de CRM – Customer Relationship Management16
da
SIEMENS referente ao ano de 2017. Os fabricantes foram representados por letras para
manter o nível confidencialidade das informações. Os valores apresentados são
percentuais em relação ao número total de colunas. A Figura 4.6 mostra o estudo
municipal e a Figura 4.7 mostra o estudo referente à entrada padrão Light.
16
Esse software tem a função de mapear projetos e auxiliar na organização e no controle do
relacionamento com o cliente, desde a fase de captação do negócio até o pós-venda (CASTRO, 2015)
[12].
59
Figura 4.6 – Market share para PMT a SF6 no município do Rio de Janeiro.
Fonte: adaptado pelo autor.
Figura 4.7 – Market share para PMT a SF6 com entrada Light.
Fonte: adaptado pelo autor.
O estudo envolvendo entrada padrão Light considera os modelos de entrada simples e
dupla. O número de fabricantes que aparece nesse estudo é inferior em relação ao
número de fabricantes do estudo para PMT em geral no município do Rio de Janeiro,
visto que apenas quatro fabricantes são homologados junto à concessionária para
fornecimento de painéis de entrada de medição.
50%
20%
20%
5% 5%
Colunas a SF6 de MT no Rio de Janeiro
A B C D Outros
80%
15%
4%
1%
Colunas para PMT a SF6 com entrada Light
A B C D
60
4.3.2. Proposições de melhorias
A indústria como um todo atravessa um período de transição e inserção de seus
equipamentos e sistemas no contexto de integração entre energia, automação e TI -
Tecnologia da Informação. Sendo assim, o PMT de qualquer fabricante também deve se
encaixar nesse cenário, visando o aumento da vantagem competitiva em confronto com
seus concorrentes. Para isso, é possível propor duas soluções que envolvam o conceito
de Indústria 4.0 através de seus principais alicerces (IoT, Big Data e Computação em
Nuvem) aplicadas a PMT para desenvolvimento futuro.
A primeira delas seria de interesse do consumidor. O controle e monitoramento de
parâmetros do painel poderiam ser feitos através de computação em nuvem. Um
exemplo seria o monitoramento da pressão do gás SF6 no interior das colunas. Para tal,
se utilizaria uma remota para aquisição dos dados de pressurização. Esses dados seriam
enviados a um CLP, por meio de um protocolo de comunicação, que poderia ser o
Profibus, por exemplo. O CLP processaria a informação e a enviaria à nuvem. Se a
comunicação com a nuvem fosse feita através de um protocolo diferente (IEC 61850,
por exemplo), utilizar-se-ia um gateway para ‘tradução’ das informações. Chegando à
nuvem, os dados seriam tratados por meio de aplicativos desenvolvidos na plataforma
(nesse caso, um aplicativo para monitoramento de pressão de fluidos). Em eventual
despressurização, a nuvem iria procurar em seu banco de dados soluções adotadas
anteriormente, ao redor do mundo, para um problema semelhante. A nuvem permitiria a
chegada de grande quantidade de informações simultaneamente em todo o mundo (Big
Data), tendo uma visão mais ampla, facilitando e diminuindo o tempo de resposta ao
operador em campo, que poderá acompanhar por receptores móveis, como um celular.
Esse mecanismo funcionaria para qualquer painel que estivesse sendo monitorado pela
nuvem, independente de sua localização geográfica. Uma vez tendo a nuvem
identificado o problema e proposto a solução, ela enviaria um comando ao CLP, que
executaria a ação corretiva. Essa comunicação entre energia, automação e TI demonstra
a aplicação de IoT.
A outra aplicação seria de interesse da concessionária. Um exemplo seria a situação
onde houvesse uma corriqueira abertura de disjuntores em painéis de entrada de
indústrias e prédios comerciais de uma determinada região. O relé posicionado na
cabine de entrada e responsável pelo comando de trip enviado ao disjuntor poderia ser
conectado à nuvem. Na nuvem, os dados seriam tratados e um aplicativo mostraria à
61
concessionária qual problema estaria ocorrendo, por qual motivo e qual solução deveria
ser adotada, através de comparação com situações semelhantes ocorridas pelo mundo.
Isso permitiria que a concessionária pudesse monitorar a qualidade da energia que está
sendo fornecida em uma determinada região, de forma remota.
62
CAPÍTULO 5
5. CONCLUSÕES
Este trabalho teve como primeiro objetivo primário a apresentação teórica referente a
PMT, mostrando as normas utilizadas, os equipamentos de composição de uma solução
e o portfólio do fabricante SIEMENS. Esse objetivo foi cumprido, uma vez que foram
estudados os ensaios e definições previstos na norma IEC 62271-200 (2007), os
equipamentos de energia e automação que podem estar presentes em um painel e a
solução oferecida pela SIEMENS, através de seu painel SIMOSEC, evidenciando suas
principais características técnicas e tipos de cubículos.
O segundo objetivo primário, que era mostrar os requisitos exigidos pela Light através
do RECON MT (2016) para homologação de um painel de entrada junto a essa
concessionária, foi atingido. Além disso, foram apresentados os layouts dos modelos
desenvolvidos, tanto para a entrada com alimentação simples, como para a entrada com
alimentação dupla. A ideia foi mostrar o que o fabricante necessita fazer, pelo padrão
Light, antes de colocar sua solução para ser comercializada no mercado.
O primeiro objetivo secundário, que era a proposição da análise econômica do projeto,
também foi alcançado. Isso pode ser obervado através do levantamento de custos
percentuais e do estudo de market share realizado. A intenção foi mostrar a viabilidade
da solução sob o aspecto financeiro e o panorama mercadológico dos PMT no
município do Rio de Janeiro.
O segundo objetivo secundário, que era a inclusão dos PMT no conceito de Indústria
4.0, também foi alcançado. Através de dois exemplos de aplicações que favoreceriam o
consumidor e a concessionária, envolveram-se os conceitos de IoT, Big Data e o de
Computação em Nuvem, três das bases da concepção da Indústria 4.0. A proposição era
apresentar uma proposta de melhoria da solução, visando aumentar sua vantagem
competitiva para o futuro. Essa vantagem fica explícita sob o aspecto o técnico, através
do aumento da confiabilidade, uma vez que os dados passam a ser armazenados fora de
um supervisório local e sem necessidade de backups. Além disso, o consumidor passa a
ter acesso à solução mais adequada para determinado problema de forma mais rápida,
facilitando a tomada de decisão, que pode ser feita até mesmo remotamente.
63
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