neutroaterra n13 1s2014 digital
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Electricidad neutro a tierraTRANSCRIPT
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Revista Tcnico-Cientfica |N13| Junho de 2014http://www.neutroaterra.blogspot.com
EUTRO TERRA
InstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto EngenhariaElectrotcnica readeMquinaseInstalaesElctricas
Nesta edio da revista, merece particular destaque a colaborao da
Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Brasil, com um importante
artigo sobre Prdios Inteligentes. Green Buildings. Na realidade, o interesse
crescente pela nossa revista Neutro Terra vai muito para alm do nosso
pas, verificandose o agrado das comunidades acadmicas e muitasempresas do setor eletrotcnico de outros pases em acederem a uma revista
especializada que alia publicaes de natureza mais cientfica com outras de
natureza mais prtica.Professor Doutor Jos Beleza Carvalho
MquinasEltricasPg.05
EnergiasRenovveisPg.09
InstalaesEltricasPg.19
Telecomunicaes
Pg.35Segurana
Pg.41EficinciaEnergticaPg.57
AutomaoDomticaPg.63
N13 1semestrede2014 ano7 ISSN:16475496
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EU
TR
O
TE
RR
A
FICHATCNICA DIRETOR: Doutor Jos Antnio Beleza CarvalhoSUBDIRETORES: Eng. Antnio Augusto Arajo Gomes
Doutor Roque Filipe Mesquita BrandoEng. Srgio Filipe Carvalho Ramos
PROPRIEDADE: rea de Mquinas e Instalaes EltricasDepartamento de Engenharia ElectrotcnicaInstituto Superior de Engenharia do Porto
CONTATOS: [email protected] ; [email protected]
ndice
03| Editorial
05| Mquinas Eltricas
Regulao de velocidade em motores de corrente contnua
Jos Antnio Beleza Carvalho
09| Energias Renovveis
Autoconsumo Fotovoltaico. A democratizao da Energia.
Manuel Azevedo
Diogo Maximino Ribeiro da Silva
19|
25|
Instalaes Eltricas
Traagem eltrica.
Mrio Fernando Soares de Almeida
Poluio harmnica em Instalaes Eltricas Industriais
Jos Rodrigo Pereira
Jos Antnio Beleza Carvalho
35| Telecomunicaes
ITED 3 Edio 2015: Manual evolutivo e reconstrutivo
Srgio Filipe Carvalho Ramos
41| Segurana
Incndio. Um Risco constante com elevado potencial de perigo
Frederico Miguel Cardoso Rosa
57| Eficincia Energtica
Manual de Boas Prticas para Cadastro de IP
Alberto Van Zeller
63| Automao e Domtica
Prdios inteligentes. Green Buildings.
Roberto Ribeiro Neli
Paulo Dnis Garcez da Luz
67| Autores
PUBLICAO SEMESTRAL: ISSN:16475496
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EDITORIAL
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Estimados leitores
A recesso econmica que se verifica atualmente tem afetado todos os setores da nossa economia, no entanto, a indstria
eletrotcnica tem mantido apesar de tudo uma dinmica muito aprecivel. Um facto importante, que decorreu durante o
primeiro semestre deste ano, foi a discusso sobre a Proposta de Lei 101/2014, de 27 de maro, relativa ao Estatuto dos
Tcnicos Responsveis por Instalaes Eltricas de Servio Particular. Este documento, bastante polmico, que se encontra na
fase final de aprovao, vai ser determinante na interveno dos engenheiros eletrotcnicos na rea das instalaes eltricas.
Contamos na prxima edio da nossa revista Neutro Terra apresentar um artigo sobre este assunto.
Nesta edio da revista, merece particular destaque a colaborao da Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Brasil, com
um importante artigo sobre Prdios Inteligentes. Green Buildings. Na realidade, o interesse crescente pela nossa revista
Neutro Terra vai muito para alm do nosso pas, verificandose o agrado das comunidades acadmicas e muitas empresasdo setor eletrotcnico de outros pases em acederem a uma revista especializada que alia publicaes de natureza mais
cientfica com outras de natureza mais prtica. Nesta edio da revista merecem ainda particular destaque os temas
relacionados com as mquinas eltricas, as energias renovveis e a eficincia energtica, as instalaes eltricas, os sistemas de
segurana e as telecomunicaes.
A utilizao de energias renovveis esto cada vez mais presentes na produo de eletricidade, pois permitem diminuir a
utilizao dos combustveis fosseis na produo convencional de energia eltrica. Com a introduo da microproduo em
Portugal (DL 363/2007) teve incio a primeira fase da implementao do solar fotovoltaico. Os consumidores passaram a ser
produtores de energia. Com o aumento do preo da eletricidade e a forte descida dos custos do fotovoltaico vaise assistir nosprximos anos a verdadeira democratizao da energia atravs da introduo de conceitos de autoconsumo. Nesta revista,
apresentase um artigo sobre o autoconsumo solar fotovoltaico que pode representar uma soluo para os consumidoresreduzirem o impacto do aumento da eletricidade e ao mesmo tempo permitir a criao de um mercado solar fotovoltaico
sustentvel.
No mbito das instalaes eltricas, da eficincia energtica e da qualidade da energia eltrica, publicase um artigo sobrePoluio Harmnica em Instalaes Eltricas Industriais. Este ainda atualmente um assunto de difcil compreenso e
desconhecido, cujas consequncias na industria se fazem sentir por importantes prejuzos de natureza tcnica e econmica. No
artigo que apresentado feita uma anlise tcnica e cientfica ao problema das componentes harmnicas nas instalaes
eltricas industriais, apresenta as suas causas e consequncias, e as solues que atualmente existem no mercado para
minimizar este problema.
Ao longo das ltimas dcadas Portugal tem assistido a um abrandamento na construo civil e, naturalmente, na construo de
edificado novo. Porm, subsiste a necessidade de requalificar os edifcios ja existentes que sero, indubitavelmente, o grande
nicho de negcio nas dcadas vindouras. Paralelamente, a legislao e as especificaes e prescries tcnicas das diversas
instalaes especificas, designadamente as Infraestruturas de Telecomunicaes em Edifcios (ITED), devem convergir para a
harmonizao com as Normas Europeias e adaptadas realidade econmica do pas. Neste mbito, uma edio do Manual ITED
(a 3 Edio) ser publicada no prximo ano de 2015, e visa fundamentalmente a atualizao das especificaes e prescries
tcnicas com a normalizao europeia e uma convergncia com a real situao econmica portuguesa. O artigo que
apresentado prope, de uma forma sucinta, evidenciar as principais alteraes decorrentes da proposta do novo
enquadramento das Infraestruturas de Telecomunicaes em Edifcios.
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EDITORIAL
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Nesta edio da revista Neutro Terra podese ainda encontrar outros assuntos muito interessantes e atuais, como um artigosobre Regulao de Velocidade de Motores de Corrente Contnua, um artigo que aborda a Traagem Eltrica nas Instalaes
Eltricas, um artigo muito importante sobre os Riscos de Incndios nas Instalaes Eltricas, e um artigo relacionado tambm
com a eficincia energtica, neste caso, sobre a elaborao de UmManual de Boas Prticas no Cadastro da Iluminao Pblica.
Desejando que esta edio da revista Neutro Terra satisfaa novamente as expectativas dos nossos leitores, apresento os
meus cordiais cumprimentos.
Porto,junhode2014
JosAntnioBelezaCarvalho
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ARTIGO TCNICO
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1. Introduo
Uma grande parte das aplicaes em que se utiliza fora
motriz beneficiaria, em termos de consumo de energia
eltrica e de desempenho global, se a velocidade do motor
se ajustasse s necessidades do processo. Existem muitas
aplicaes em que necessrio regulao e controlo de
velocidade, como em mquinas ferramentas, ventoinhas,
elevadores, veculos de trao eltrica, entre outras.
A utilizao de variadores eletrnicos de velocidade (VEVs)
permite responder a alteraes nas condies de carga do
motor atravs da variao da sua velocidade. Atravs da
regulao da velocidade de rotao dos motores, os
variadores eletrnicos de velocidade proporcionam uma
melhoria das condies de funcionamento dos processos,
um menor desgaste dos componentes mecnicos, um menor
rudo de funcionamento e, fundamentalmente, uma
substancial poupana de eletricidade.
Os motores de corrente contnua (DC) so ainda muito
utilizados em sistemas que requerem variao de
velocidade. Nestes motores, o controlo e a regulao de
velocidade acima e abaixo da respetiva velocidade nominal
facilmente conseguido, sendo os reguladores de velocidade
destas mquinas mais simples e menos dispendiosos que os
reguladores de velocidade usados nas mquinas de corrente
alternada (AC).
As tecnologias inerentes ao controlo e regulao de
velocidade evoluiu muito nos ltimos anos.
No sistema clssico pelo mtodo WardLeonard, mquinasrotativas eram utilizadas para variar a velocidade dos
motores DC. Atualmente, so utilizados conversores
eletrnicos com semicondutores de estado slido para esta
finalidade.
2. SistemaWardLeonard
Este sistema apareceu por volta de 1890 e utiliza um grupo
motorgerador (MG) para controlar a velocidade do motorDC, como se apresenta na Figura 2. O motor do grupo MG(normalmente um motor AC de induo) gira a velocidade
constante. Variando RC1 (restato de excitao do gerador)
possvel variar a corrente de excitao do gerador ig,
alterando assim a tenso V quer aos terminais do gerador
quer aos terminais do motor. A variao da tenso V aos
terminais do motor DC permite variar a velocidade deste.
Este sistema funciona em dois modos de controlo.
Figura2.SistemaWardLeonard
a) Controlo pela Tenso na Amadura V
Neste modo de controlo a corrente excitao do motor
atravs de RC2 (restato de excitao do motor) mantida
constante e no seu valor nominal. A corrente de excitao do
gerador ajustada em RC1, para variar a tenso desde zero
at ao seu valor nominal. A velocidade do motor ir variar
desde zero at velocidade nominal, como se pode ver na
figura 3.
JosAntnioBelezaCarvalhoInstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto
REGULAO DE VELOCIDADE EM MOTORES DE CORRENTE CONTNUA
Figura1.MotordeCorrenteContnua
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ARTIGO TCNICO
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b) Controlo pela corrente de excitao
Este modo de controlo utilizado para variar a velocidade
acima do valor nominal. Neste caso, a tenso na armadura
mantmse constante e vaise diminuindo a corrente deexcitao do motor em RC2, obtendose assim velocidadesmais elevadas. Como a corrente na armadura vaise manteraproximadamente constante, dizse que o motor funciona apotncia constante. Obviamente que o binrio do motor
decresce ligeiramente com o aumento da velocidade, como
se pode ver na Figura 3.
2. Controlo Eletrnico
Os conversores de estado slido so atualmente usados para
substituir o grupo DM do sistema WardLeonard no controlode velocidade dos motores DC. A Figura 4 apresenta o
diagrama de blocos de um sistema conversor de estado
slido. Os conversores utilizados baseiamse emretificadores e choppers de comutao controlada.
2.1 Retificadores controlados
Quando a fonte de alimentao alternada, os retificadores
podem ser utilizados para converter uma tenso constante
AC numa fonte de tenso varivel DC. Se os dispositivos de
comutao forem todos dispositivos controlados, como os
tirstores, o conversor denominado de Totalmente
Comandado. Se os dispositivos comutadores forem metade
deles tirstores e a outra metade dodos, o conversor
denominado de Semicomandado. Como apresentado na
Figura 5, o ngulo de disparo dos tirstores determina ovalor mdio da tenso de sada Vt. O sinal de controlo Vc
varia o ngulo de disparo e, consequentemente, varia atenso Vt.
Alimentao monofsica: conversor totalmente controlado
(1)
Alimentao monofsica: conversor semicontrolado
(2)
Alimentao trifsica: conversor totalmente controlado
(3)
Alimentao trifsica: conversor semicontrolado
(4)
Onde Vp o valor eficaz da tenso alternada monofsica. A
variao da tenso Vt aos terminais do motor em funo do
ngulo de disparo apresentada na Figura 6, para ambos
Figura5.RetificadorcontroladoparacontrolovelocidadedemotoresDC
Figura3.SistemaWardLeonard.Regulaomista
Figura4.Diagramadeblocosdeumsistemaconversordeestadoslido
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ARTIGO TCNICO
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2.3 Operao em malha fechada
Em acionamentos do motor DC onde se exige uma
velocidade rigorosamente constante, o controlo em malha
aberta no totalmente satisfatrio.
Em malha aberta, variaes no binrio da carga originam
variaes na velocidade. Em controlo em malha fechada a
velocidade pode ser mantida constante, ajustando a tenso
aos terminais do motor de acordo com as variaes do
binrio de carga. A Figura 8 apresenta um diagrama de
blocos de um controlo em malha fechada
As principais vantagens da operao em malha fachada a
possibilidade de obter velocidade de funcionamento
constante, a preciso no valor da velocidade obtida,
excelente resposta dinmica e estabilidade de
funcionamento.
Figura8.Controloemmalhafechada
os conversores, totalmente controlado e semicontrolado. Se
a queda de tenso RaIa for desprezada (Vt=Ea), as curvas da
Figura 6 tambm representam a variao de Ea e, como tal, a
variao da velocidade com o ngulo de disparo.
2.2 Choppers
O chopper converte uma tenso contnua fixa numa tenso
contnua varivel. O diagrama esquemtico e as formas de
onda so apresentadas na Figura 7.
(5)
Em que: Ton representa interruptor fechado, o ndice demodulao do chopper e T o perodo de comutao.
Figura6.Caratersticasdoretificadorcontrolado
ont
tV V VT
Figura7.CircuitoeOperaodeumChopper
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ARTIGO TCNICO
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Em malha fechada o sistema tambm pode ser
dimensionado para funcionar a potncia constante ou
binrio constante, ou seja, permitir uma regulao mista. Um
sistema de controlo em malha fechada com anel de
realimentao de corrente permite a regulao mista do
motor DC. Na Figura 9 apresentase um diagrama de blocosdum sistema de controlo deste tipo.
No motor DC, a resistncia da armadura (Ra) e a indutncia
(La) tomam valores reduzidos. Como tal, a constante de
tempo do circuito da armadura tambm reduzida.
Assim, uma pequena variao da tenso aplicada resulta
numa variao elevada de corrente no circuito da armadura.
O anel de realimentao de corrente protege o conversor e o
motor para variaes que possam tomar valores elevados de
corrente.
A sada do controlador de velocidade representa um
comando de binrio. Como o binrio ser proporcional
corrente Ia*, a sada do controlador de velocidade
representa o controlo da corrente Ia. O controlador de
corrente vai limitar a corrente na armadura. O controlador
de velocidade e o controlador de corrente podem ser do tipo
Proporcional (tipo P) ou ProporcionalIntegral (tipo PI). Aescolha depende da qualidade e do rigor que se pretende
para o controlo em malha fechada do motor.
3. Concluso
Os motores de corrente contnua so ainda muito utilizados
em sistemas que requerem variao de velocidade. O
controlo e a regulao de velocidade acima e abaixo da
respetiva velocidade nominal facilmente conseguido,
sendo os reguladores de velocidade destas mquinas mais
simples e menos dispendiosos que os reguladores de
velocidade usados nas mquinas de corrente alternada.
A utilizao de VEVs na regulao da velocidade de rotao
dos motores de corrente contnua proporcionam uma
melhoria das condies de funcionamento dos processos,
um menor desgaste dos componentes mecnicos, um menor
rudo de funcionamento e, fundamentalmente, uma
substancial poupana de energia eltrica.
A regulao de velocidade destes motores assenta
fundamentalmente no controlo e regulao da tenso
aplicada na armadura e, ou, controlo da corrente de
excitao do motor. Para tal, utilizamse conversoreseletrnicos baseados em retificadores controlados e
choppers.
A operao destes conversores em malha fachada permite
obter nos motores velocidade de funcionamento constante,
maior preciso no valor da velocidade obtida, excelente
resposta dinmica e regimes de funcionamento com elevada
estabilidade
Bibliografia
[1] Beleza Carvalho, J. A., Mquinas Eltricas de Corrente
Contnua. Apontamentos da disciplina de Mquinas Eltricas
I. ISEP, Porto, maro de 2014.
[2] WEG, Motores de Corrente Contnua. www.weg.net.
Catlogo WEG 2012.
[3] Sen, P.C., Principles of Electric Machines and Power
Electronics. Editor: John Wiley & Sons.
[4] Fitgerald, A.E., Charles Kingsley. Electric Machinery.
Editor: McGraw Hill.
[5] ABB, Low Voltage Industrial Performance Motors.
Catlogo ABB 2009.
Figura9.Controloemmalhafechadacomrealimentaodecorrente
a
a
LR
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ARTIGO TCNICO
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1. Introduo
Com a introduo da microproduo em Portugal (DL
363/2007) teve incio a primeira fase da implementao do
solar fotovoltaico. Os consumidores passaram a ser
produtores de energia. Com o aumento do preo da
eletricidade e a forte descida dos custos do fotovoltaico
iremos assistir nos prximos anos verdadeira
democratizao da energia atravs da introduo de
conceitos de autoconsumo.
1. Enquadramento
Na ltima dcada, a fatura de energia eltrica aumentou
continuamente nos diferentes nveis de tenso de
alimentao. Este aumento devese no s ao aumento dacarga fiscal em 2012 (aumento do IVA de 6% para 23%) mas
tambm cada vez maior contribuio dos custos de
interesse econmico geral (CIEGs). Os custos de acesso
rede e os custos de interesse econmico geral representam
hoje em dia metade da componente varivel e a quase
totalidade da componente fixa (potncia contratada). A
necessidade de incorporar todos sobrecustos da produo
em regime especial (PRE) e em regime ordinria (PRO) aos
consumidores, para no aumentar o j elevado nvel de
dfice tarifrio na ordem dos 3,7 mil milhes, ir pressionar
os CIEG e assim a componente no dependente do custo da
energia eltrica. Para se ter uma ideia da gravidade da
situao, o valor da divida que cada consumidor portugus
tem junto do sistema eltrico nacional so
aproximadamente 570 (sem IVA) (considerando 6,4 milhes
de consumidores [1]). Para a liquidao total da divida de
uma s vez seria necessrio aumentar a tarifa eltrica em
0,075/kWh. O atual Governo tem como meta para 2020/25,
poder extinguir o dfice tarifrio com aumentos mximos
anuais de 1,5% acrescento da taxa de inflao.
A sustentabilidade e a estabilidade das tarifas de eletricidade
(e dfice tarifrio) dependem fortemente das polticas
nacionais para as energias renovveis e eficincia energtica.
O atual dfice tarifrio constitudo por cerca de 90% com
os sobrecustos provocados pelas energias renovveis (PRE).
Para a futura real implementao em larga escala de
produo descentralizada baseada no conceito prosumidor
(= produtor + consumidor), que teve o seu inicio com os
decretos leis 363/2007 de 2 de Novembros e 34/2011 de 8
de Maro, necessrio criar mecanismos que no
aumentem mais o dfice tarifrio.
O autoconsumo solar fotovoltaico pode representar uma
soluo para os consumidores reduzirem o impacto do
aumento da eletricidade e ao mesmo tempo permitir a
criao de um mercado solar fotovoltaico sustentvel.
2. A soluo autoconsumo fotovoltaica
Com a segura subida dos preos de energia e o evidente
amadurecimento das solues fotovoltaicas, novas filosofias
de instalao ganham evidncia, nomeadamente a filosofia
de autoconsumo. Estas instalaes fotovoltaicas so
instaladas em locais onde existe rede eltrica pblica. A
produo de energia no visa a venda ao abrigo dos regimes
bonificados conhecidos do tipo feedin tariff (micro ouminiproduo) mas sim o consumo no local.
2.1 Autoconsumo instantneo (100% autoconsumo)
O autoconsumo a possibilidade de consumir
instantaneamente (consumo natural) a energia eltrica
(figura 1: rea azul) gerada pela instalao fotovoltaica,
produzindo uma poupana direta na compra da energia ao
comercializador de eletricidade. As instalaes so ligadas
rede atravs de uma rede interior de consumo.
ManuelAzevedoDiogoMaximinoRibeirodaSilva
InstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto
AUTOCONSUMO FOTOVOLTAICO.
A DEMOCRATIZAO DA ENERGIA
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ARTIGO TCNICO
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Figura 1. Diagrama de carga (curva vermelha) e produo
fotovoltaica (curva amarela).
Esta soluo j aceite em Portugal, todavia necessrio
garantir que nenhuma energia seja injetada na rede,
existindo j as seguintes solues tcnicas:
a) Dimensionar o sistema fotovoltaico (em termos de
potncia instalada) de forma que a energia produzida ao
longo do ano seja sempre inferior ao consumo.
b) Utilizao de inversores com reduo de potncia em caso
de verificao de produo em excesso. Neste caso, no se
est a favorecer um consumo eficiente da energia.
c) Implementao de um sistema de ativao de cargas em
caso de existncia de energia fotovoltaica em excesso. Esta
soluo representa um consumo muito eficiente da energia
renovvel. Tem como desvantagem os custos de
implementao do sistema de controlo.
2.2 Autoconsumo com injeo de excedentes na rede
(RESP)
Se existirem momentos nos quais a produo da instalao
supera o consumo, sero gerados excedentes de energia
(figura 1: rea amarela) que podero ser injetados ou no na
rede. No caso da injeo do excedente, estamos a falar de
um mecanismo em que a energia vendida rede (por
exemplo pelo comercializador de mercado ou ltimo
recurso, CUR) remunerada a uma tarifa predefinida.
Existem vrios modelos e mecanismos de remunerao que
podem passar pela atribuio de um crdito ao consumidor
pelo comercializador (acertos de contas na fatura mensal de
consumo, modelo de netmetering) ou pela remunerao aopreo de mercado spot pelo comercializador de ltimo
recurso.
Estes dois modelos no esto regulados atualmente em
Portugal. Tendo em conta a evoluo legislativa no
espectvel que a atribuio de crditos (netmetering) porparte do comercializador seja a soluo adotada em
Portugal.
2.3 Autoconsumo com armazenamento e injeo de
excedentes na rede (RESP)
Para aumentar o grau de autoconsumo da energia gerada faz
sentido armazenar temporariamente a energia em excesso
numa pequena bancada de baterias com uma capacidade de
armazenamento semelhante ao consumo dirio. S depois
do completo carregamento, que a energia em excesso ser
injetada na rede. Este sistema tem a vantagem de maximizar
o aproveitamento da energia fotovoltaica e aumentar o
consumo eficiente da energia renovvel. A existncia do
armazenamento, implicar o aumento dos custos de
investimento devido s baterias e ao sistema de controlo de
carga. Este aumento de investimento aproveitado pelos
fornecedores oferecendo sistemas inteligentes de controlo
ativo das cargas, permitindo um aumento autoconsumo.
Figura 2. Diagrama de blocos de um sistema de
autoconsumo.
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ARTIGO TCNICO
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Na figura 2 apresentado o esquema global de um sistema
de autoconsumo. O sistema constitudo por um sistema
fotovoltaico, uma unidade de controlo (que em funo do
seu grau de complexidade monitoriza o consumo e a
produo de energia, ativa ou desativa cargas no continuas
(exemplo: mquina de lavar roupa ou loia, aquecimento
central, cilindro de gua, etc.) atua como controlador de
carga das baterias e um sistema de armazenamento de
energia. O autoconsumo, representa uma maior mais vlida
em relao injeo na rede. Enquanto o autoconsumo
representa uma poupana econmica entre 0,06/kWh a
0,16/kWh (dependendo do nvel de tenso), a venda do
excedente rede representar no futuro um proveito de
0,14/kWh para clientes BT e 0,05/kWh a 0,075/kWh para
clientes de MT. de realar, que os consumidores
domsticos no podem deduzir o IVA podendo os valores de
poupana poderem atingir os 0,19/kWh (semelhantes
tarifa bonificada de 0,196/kWh para 2013 no regime de
microproduo).
Atualmente, o fotovoltaico visto como um investimento
financeiro para obter uma elevada rentabilidade.
permitido a instalao de sistemas com potncias de ligao
nominais de 3,68kW at 250kW. No futuro, o fotovoltaico
ter que ser visto com um investimento de poupana e
eficincia energtica. Ser necessrio conhecer e analisar o
perfil de consumo (diagrama de carga) do consumidor
domstico e empresarial e encontrar dentro dos vrios
objetivos a melhor soluo tcnica.
3. Casos de estudo
Em seguida apresentamse vrios casos de estudo deaplicaes de autoconsumo, que vo desde do consumidor
domstico (alguns kW), pequena e mdia unidade
industrial (algumas dezenas de kW) at a um grande
consumidor (superior a 1MW). Com os estes casos de estudo
pretendemse demostrar a viabilidade econmica doautoconsumo e os cuidados a ter no dimensionamento das
mesmas e das respetivas limitaes.
3.1 Consumidor domstico
Em seguida apresentado uma soluo tcnica e uma
anlise econmica financeira para um consumidor
domstico, localizado na freguesia de Roriz no concelho de
Santo Tirso, com uma potncia contratada de 3,45 kVA e um
consumo anual de energia eltrica de 3300 kWh. O
consumidor utiliza o tarifrio simples tem uma fatura de
eletricidade anual de 738,24 (tarifas reguladas de janeiro
de 2013).
A figura 3 mostra a variao mensal do consumo ao longo do
ano, onde se observa um consumo mdio mensal de 275
kWh e uma variao significativa entre os meses de vero e
inverno da ordem dos 100 kWh.
Figura 3. Variao mensal do consumo para um
consumidor domstico.
3.1.1 Nanoproduo autoconsumo instantneo
Para obter um elevado grau de autoconsumo da energia
produzida, um elevado nvel de poupana e evitar a injeo
de energia excendentria na rede podemos utilizar a
seguinte configurao de sistema:
a) Potncia instalada: 690Wp (3 x 230Wp);
b) Inversor: Mastervolt Soladin 600 (ou como alternativa 3
micro inversores);
c) Disjuntor DC125V.
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O sistema fotovoltaico tem uma produo anual de 840 kWh
e ligado em paralelo com a rede diretamente no quadro
geral de baixa tenso (QGBT) ou a uma tomada eltrica. Para
proteo do sistema ligado a um disjuntor DC125V entre o
inversor e a tomada eltrica/QGBT. Este sistema ser
possvel obter uma poupana bruta de 25%
(840kWh/3300kWh). Como se pode verificar na figura 4, nos
meses de inverno a energia produzida 100%
autoconsumida, sendo nos outros meses at 80%. A energia
fotovoltaica gerada por este sistema de nanoproduo,
representa at 40% da energia consumida nos meses de
vero. Mesmo com este sistema de pequena escala e com o
diagrama de carga tipo, 8,5% da energia produzida
excedente. Isto significa que esta energia ter que ser
injetada na rede a custo zero ou a uma tarifa de venda.
Figura 4. Variao anual do grau de autoconsumo (curva azul) e a
relao entre energia gerada e consumida (curva em amarelo).
Estes pequenos kits de autoconsumo podem ser atualmente
adquiridos em diversas lojas online [2]. Com base no preo
de aquisio indicado na loja (junho de 2013) de 1.348,08
(valor com IVA) permitenos fazer uma pravaliaoeconmica financeira do sistema.
Parmetros iniciais:Consumo anual: 3300 kWhTipo de tarifrio: SimplesValor da tarifa: 0,1756/kWh(com IVA e imposto sobre eletricidade)Valor anual da fatura: 738,24 (inclui custo da potnciacontratada que corresponde a 21,5% do valor total da fatura)
Sistema fotovoltaico:Custo do investimento: 1348,0Produo anual: 840 kWhAutoconsumo: 765 kWhEnergia excedente: 75 kWhDegradao da produo: 0,5%/ano
Resultados:Nova fatura energtica: 604,00 (1 ano)Poupana: 134,45 (18,2%)Tempo de amortizao: 8 anosLCOE (a 20 anos): 0,0923 /kWh
Os resultados mostram, que mesmo utilizando um sistema
bsico de autoconsumo sem grandes preocupaes de
eficincia energtica conseguese obter uma poupana decerca 20% na fatura energtica, com tempo de amortizao
interessante (8 anos) e uma rentabilidade anual do
investimento de perto dos 10%. de realar, que no
consideramos qualquer remunerao para a energia
excedente. Considerando os custos de investimento e a
produo energtica do sistema para um perodo de 20
anos, obtm um custo nivelado simples (LCOE) da energia
gerada de 0,0923/kWh. Este valor mostra que o solar
fotovoltaico j atingiu a paridade da rede (grid parity).
3.1.2 Microproduo: autoconsumo com armazenamento
e injeo (netmetering)
Em seguida apresentamos um sistema de autoconsumo com
capacidade de armazenamento da energia excedente
produzida durante o dia que ser aproveitada no perodo
noturno. A rede pblica complementa sempre que
necessrio o dfice que possa surgir entre produo e
consumo no local. Conseguese assim uma reduosignificativa na fatura de energia, to maior quanto mais
alargada for a capacidade de aproveitamento das horas de
produo solar. Consideramos um sistema fotovoltaico com
uma potncia nominal de 1,75kVA e uma potncia instalada
de 1,9kWp. O sistema consiste numa unidade de controlo,
um controlador de carga e uma bancada de baterias com
uma capacidade de armazenamento de 2,5kWh (cerca de
22% do consumo dirio).
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ARTIGO TCNICO
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Este sistema conseguir produzir anualmente 2650kWh
corresponde a 80% do consumo anual. Na figura 5
apresentase os diagramas de carga para o ms de julho come sem armazenamento considerando o mesmo diagrama de
carga tipo (domstico) e local de instalao (Porto). Da
energia gerada (sem armazenamento) 55,1%
autoconsumida e 44,9% injetada na rede, o que representa
um elevado nvel de ineficincia energtica. Com a utilizao
da bancada de baterias de 2,5kWh (DOE de 80%) possvel
aumentar o grau de autoconsumo para 74,25%, sendo
apenas injetada na rede 25,75%.
Figura 5. Diagrama de carga (vermelho), produo
fotovoltaica (amarelo), autoconsumo (azul) e
armazenamento (verde) sem e com capacidade de
armazenamento para o ms de julho.
No mercado existem vrias solues tcnicas que permitem
o armazenamento e injeo, desenvolvidas na sua maioria
pelos fabricantes de inversores como (exemplo a SMA,
Fronius, Kaco, Nedap entre outros) ou painis fotovoltaicos
(Solarworld, Solon).
Este tipo de solues so muito utilizadas na Alemanha
devido ao incentivo do autoconsumo atravs da majorao
da energia injetada na rede. necessrio fazer uma anlise
cuidadosa do perfil de consumo do cliente para analisar se
vantajoso utilizar um sistema de autoconsumo com um
sistema de armazenamento.
Figura 6: Soluo tecnolgica (SOLON SOLiberty) de um
sistema de autoconsumo com armazenamento e injeo na
rede da empresa Solon [3].
Para o perfil de consumo do cliente domstico acima
referenciado apresentamos em seguida uma anlise
econmica para o caso de um sistema de maior potncia
(potncia injetada igual a metade da potncia contratada,
segundo os requisitos do DL da micro e miniproduo). Nesta
anlise consideramos que a energia excedente vendida
rede a uma tarifa igual tarifa simples de 0,1428/kWh (em
janeiro de 2013, sem IVA) atualizada anualmente a uma taxa
de inflao de 2% (mesmo modelo ao utilizado no regime
geral da microproduo). Para o sistema de armazenamento
consideramos um custo mdio de 500 por kWh de
capacidade de energia armazenada (valor sem IVA). de
realar que esta soluo netmetering no aplicvel emPortugal.
a)SistemaautoconsumosemarmazenamentoCustodoinvestimento: 4423,6Autoconsumo: 1461kWh(55,1%)Energiaexcedente: 1189kWhResultados:Novafaturaenergtica: 311,83 (1ano)Poupana: 426,41 (57%)Tempodeamortizao: 9anosLCOE(a20anos): 0,0874/kWh
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ARTIGO TCNICO
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anlise consideramos que a energia excedente vendida
rede a uma tarifa igual tarifa simples de 0,1428/kWh (em
janeiro de 2013, sem IVA) atualizada anualmente a uma taxa
de inflao de 2% (mesmo modelo ao utilizado no regime
geral da microproduo
b)SistemaautoconsumocomarmazenamentoCustodoinvestimento: 5961,1Autoconsumo: 1968kWh(74,25%)Energiaexcedente: 682kWhResultados:Novafaturaenergtica: 443,04 (1ano)Poupana:
134,45 (40%)Tempodeamortizao: 11anosLCOE(a20anos): 0,1179/kWh
Uma anlise comparativa destes trs sistemas para o caso de
um consumidor domstico e perfil de carga tpico permitem
tirar as seguintes concluses:
a) Para uma melhor otimizao econmica financeira
importante conhecer o perfil de consumo dirio e anual
porque os custos de gerao fotovoltaico so sempre
inferiores s tarifas de consumo (no caso do domstico);
b) Quanto maior o grau de autoconsumo maior a
rentabilidade financeira (menor tempo de amortizao do
investimento) devido diferena entre a tarifa de venda da
energia excedente e a tarifa de consumo;
c) O aumento do autoconsumo com a utilizao de um
sistema com capacidade de armazenamento no , em geral,
economicamente rentvel devido ao elevado custo atual das
baterias;
d) Para maximizar a eficincia econmica financeira ser
necessrio selecionar o melhor tipo de tarifrio (simples, bihorrio, trihorrio).
O futuro objetivo chave na implementao de um sistema de
autoconsumo ser a maximizao do autoconsumo. Para isso
ser necessrio poder controlar as cargas de consumo e
adequar os tarifrios horrios.
Solues de monitorizao de produo e consumo que
permitem ativar e desativar cargas permitindo maximizar o
autoconsumo.
possvel instalar elementos automticos que ativem
consumos livres de horrio como por exemplo, o lava
louas, aquecedores ou ar condicionado. No mercado
existem produtos como o Sunny Home Manager da SMA [4]
que permitem aproveitar os excessos de energia produzida
durante o dia.
Atravs deste sistema poderamos, por exemplo,
automatizar a ligao do lava louas para que o excedente
no seja injetado na rede. Desta forma, teramos um
consumo mais eficiente da energia e injetaramos na rede a
menor quantidade possvel de energia.
Tambm se pode instalar um sistema de reduo de
potncia, ainda que com insto no favoreamos um
consumo eficiente da energia. Segundo a figura 7, se o
contador mede um fluxo baixo de corrente no edifcio (pr
fixado um limite no PLC) o PLC manda um sinal Webbox (1100% reduo de potncia).
Figura 7. Soluo Sunny Home Manager da SMA [4].
Os inversores reduzem a sua potncia ativa. To rpido
como o fluxo de corrente da vivenda supera o limite (por
exemplo, a mxima potncia do sistema fotovoltaico) o PLC
j no volta a enviar o sinal de reduo de potncia. Este
sistema j est disponvel atualmente.
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ARTIGO TCNICO
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3.2 Consumidores industriais
Em seguida apresentamos a aplicao do autoconsumo
fotovoltaico em consumidores industriais com um nvel de
tenso de MT. Nestes casos necessrio fazer uma anlise
detalhada do tarifrio horrio, diagrama de carga e
dimensionar o sistema fotovoltaico de forma maximizar a
eficincia energtica. Devido s relativamente baixas tarifas
de energia e de acesso rede em MT, necessrio
dimensionar um sistema fotovoltaico que no gere energia
excedente. Em seguida apresentamos um estudo de caso
para um consumidor industrial.
Dadosdoconsumidor:Localizao: BragaPotnciacontratada: 180kVAConsumoAnual: 515,88MWhValordafatura 52400Tarifamdiaefetiva: 0,1016/kWh
Para o dimensionamento da central foi feito uma analise do
diagrama de carga e consumo anual para os diferentes
horrios tarifrios (ver figura 8).
Figura 8. Variao do consumo anual para os 4 tarifrios
horrios e a variao da tarifa mdia [6].
Dadosdosistemafotovoltaico:Potnciainstalada: 103,5kWpProduoanualestimada: 144MWhValordoinvestimento: 119.000 (semIVA)Energiaautoconsumida: 124MWh (86,25%)Energiaexcedente: 20MWh (13,75%)LCOE(20anos+7%rent.): 0,070/kWhResultados:Novafaturaenergtica: 40.560 (1ano)Tarifamdiaefetiva: 0,0786/kWhPoupana: 11.840 (21,5%)Tempodeamortizao: 10anos
Para consumidores de MT com consumos mdios a elevados
(centenas de MWh) em principio no far sentido a
instalao de sistemas de armazenamento devido ao elevado
custo que implicaria. Da anlise dos resultados obtidos
podemos concluir que a implementao da central
fotovoltaica permite a reduo do valor da fatura em 21,5%
(referente a 2012) e uma reduo da energia adquirida ao
comercializador em 24%. Este valor pode ser aumentado
atravs de uma melhor adaptao dos consumos na unidade
industrial produo fotovoltaica ao longo do dia. Em
termos, econmicofinanceiros a energia eltricafotovoltaica resulta numa aquisio de uma quantidade
energia com um preo predefinido e previsvel. um
processo semelhante a comprar energia a um preo fixo no
mercado de futuros (OMIEP). Neste caso estaramos a
fazer de comparar cerca de 24% a um custo de gerao
(LCOE) de 0,07/kWh. No valor de LCOE indicado est
includo uma taxa de rentabilidade bruta do capital investido
de 7%. Mesmo considerando uma taxa de rentabilidade
relativamente elevado, os custos com a aquisio de energia
eltrica para este consumidor industrial de pequena mdia
dimenso passa de uma tarifa mdia efetiva de
0,1016/kWh para 0,0786/kWh. O valor do investimento de
119.000 (1,15/Wp) corresponde a um valor que real de
instalao em Agosto de 2012 para a instalao de uma
unidade de miniproduo com ligao rede. A energia
excedente de cerca 13,75% devese aos dias em que noexiste laborao na unidade de produo (fins de semana e
perodo de frias no ms de agosto).
3.3 Consumidores de grande consumos
Para demonstrar que o fotovoltaico em regime de
autoconsumo uma alternativa muito interessante no s
para o setor domstico e para empresas ou consumidores de
pequena mdia escala, apresentamos em seguida um estudo
da viabilidade econmico financeiro realizado pela empresa
Painel da Harmonia SA para o Estdio do Drago. O Estdio
do Drago um consumidor com consumos de mdio a
grande escala e com potncias contratadas superiores a
1MW.
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ARTIGO TCNICO
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Para estes tipos de consumidores, a implementao do
fotovoltaico em autoconsumo, exige uma anlise tcnica
muito cuidadosa. Em termos de passos de anlise e posterior
dimensionamento da unidade de autoconsumo necessrio
executar os seguintes:
1. Anlise detalhe dos consumos dirios e mensais do local
de consumo.
2. Anlise da fatura e tarifrios existentes
3. Dimensionamento da unidade de autoconsumo tendo
como base a maximizao da utilizao de energia gerada
(injeo na rede zero).
4. Anlise final da viabilidade econmica financeira do
projeto e o respetivo impacto nos custos de energia.
A distribuio dos consumos nos quatros horrios tarifrios
(tetra horrio) mostra que 75% realizado em Ponta e Cheia.
Partindo desta informao global podese desde j concluirque a implementao de uma unidade de fotovoltaica em
autoconsumo aplicvel. Como de esperar, num recinto
desportivo complexo como o caso do Estdio do Drago, a
variao diria e o consumo total pode ser dividido em trs
segmentos: i) dias com jogos ou eventos; ii) dos dias da
semana uteis; iii) fins de semana e feriados. Na figura 9
apresentase o diagrama de carga para diferentes diastpicos.
Figura 9. Diagramas de carga para diferentes dias tipos [6].
Dos diagramas de cargas apresentados verificase, como erade esperar, uma diferena significativa em termos de
variao e valor absoluto do consumo entre dias com e sem
de jogos. Verificase, que mesmo quando os jogos decorrem noite, o consumo durante o dia em dias de jogo superior
em comparao com dias sem jogos. Com o objetivo de
evitar a injeo de energia na rede (que seria
completamente desprezada) dimensionouse um sistemafotovoltaico com a seguinte configurao tcnica:
Dados do sistema fotovoltaico:Potncia instalada: 690 kW/732kWpProduo anual: 963 MWh (1 ano)LCOE (20 anos): 0,06575 /kWh
A central fotovoltaica tem uma potncia nominal de 690 kW
e uma potncia instalada de 732 kWp. Os painis so
montados na cobertura do estdio com a configurao que
se pode verificar na imagem 3D da figura 10. Como estamos
a falar de uma central fotovoltaica em regime de
autoconsumo a energia injetada diretamente nos quadros
de baixa tenso QBT existentes no Estdio do Drago. A
figura 11 apresenta o diagrama de carga para um dia com
consumo standard (dia sem jogo) durante a semana
(curva: azul) sem a implementao da central fotovoltaica e
os diagramas de cargas para os meses de Janeiro, Fevereiro e
Junho. Como se pode verificar, mesmo no ms de Agosto,
com maior gerao de energia, com o dimensionamento
definido toda a energia ser autoconsumida. Na tabela
abaixo apresentase com detalhe a variao do consumomensal com e sem autoconsumo (tendo por base 2011) bem
como a respetiva gerao de energia fotovoltaica.
Figura 10. Implementao em 3D da central fotovoltaica na
cobertura do Estdio do Drago [5].
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ARTIGO TCNICO
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Nos meses de vero (Junho, Julho, Agosto) a gerao atravs
do solar fotovoltaico representa em mdia 43% do consumo
mensal no Estdio do Drago. Em termos de mdia anual, a
unidade de autoconsumo permite reduzir o consumo de
energia eltrica da rede (comercializador) em 26,8%.
Figura 11. Variao mensal do consumo com e sem
autoconsumo bem como a produo da central
fotovoltaica [6].
Tabela 1. Variao mensal do consumo com e sem
autoconsumo bem como a produo da central
fotovoltaica [6].
Numa anlise econmico financeira o custo nivelado da
energia produzida (LCOE) para um perodo de vida til da
central fotovoltaica de 20 anos e uma taxa de rentabilidade
bruta dos capitais investidos de 7% igual a 65,75/MWh.
Com base nas tarifas de energia e de acesso rede, a
reduo de aquisio de energia resultar numa reduo da
fatura energia em 26%. O tempo de retorno do investimento
ser de 10 anos tendo em conta o valor total de
investimento.
Este exemplo mostra que mesmo consumidores com mdio
a grande consumo, e que beneficiam de preos de
eletricidade no mercado liberalizado baixas, a utilizao de
centrais fotovoltaicas em autoconsumo podem ser uma
forma de reduzir a mdio prazo os custos energticos.
4. Concluso
Os casos de estudo aqui apresentados mostram claramente
que a soluo da utilizao do solar fotovoltaico para a
produo de energia eltrica em regime de autoconsumo
economicamente sustentvel e interessante. A
implementao de um projeto de autoconsumo vai exigir
por parte dos agentes de mercado uma mudana de
abordagem junto dos consumidores. O fotovoltaico vai
passar de um investimento financeiro para principalmente
uma medida de eficincia energtica. Ser necessrio ter um
conhecimento do perfil de consumo e avaliar com o
consumidor a melhor soluo tcnica. Em vez da
implementao solues standard (solues copy paste)como acontece neste momentos com a micro e
miniproduo, ser necessrio realizar um estudo e projetar
solues em que a relao custo/beneficio tem de ser
maximizada.
Bibliografia
[1]ApresentaodeManuelAzevedocomtituloAevoluododficetarifrio,naConfernciasobreRemuneraodeParceriasPblicoPrivadas,ISEP,24demaiode2013[2]Pginasdeinternet:www.solarshop.pt,www.efimarket.pt
[3]Solon:www.solon.com[4]SMA:SunnyHomeManagerdaSMA(www.sma.de)[5]DesenvolvidopelaempresaMartifer Solar,SAparaaempresaPaineldaHarmonia,SA.[6]InformaoprestadapelaempresaPaineldaHarmonia,SA
Actual
MsEnergia
Consumida(kWh)
PVEne(kWh)
EnergiaConsumida(kWh)
Poupana(%)
Jan 314.656 40.641 293.320 6,8%Fev 311.607 45.711 235.796 24,3%Mar 283.642 81.343 227.679 19,7%Abr 318.729 92.726 207.124 35,0%Mai 300.621 116.677 184.966 38,5%Jun 300.664 125.267 159.854 46,8%Jul 272.737 122.363 162.745 40,3%Ago 318.462 118.187 176.078 44,7%Set 300.332 88.899 210.951 29,8%Out 320.942 63.404 252.997 21,2%Nov 271.251 38.191 246.902 9,0%Dez 279.823 29.536 272.107 2,8%
3.593.466 962.947 2.630.519 26,8%
Comautoconsumo
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DIVULGAO
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CursosdePsGraduaesdeCurtaDurao
O Departamento de Engenharia Eletrotcnica do Instituto Superior de Engenharia do Porto, disponibiliza um conjunto de
cursos de especializao de curtadurao destinados fundamentalmente aos alunos de cursos de engenharia, bacharis,licenciados e mestres recmformados na rea da Engenharia Eletrotcnica e/ou Engenharia Eletrnica, assim como quadrosno ativo que pretendam atualizar conhecimentos ou adquirirem competncias em reas transversais da Engenharia
Eletrotcnica.
Os cursos tero uma durao varivel entre as 8 e as 16 horas, funcionaro sextafeira em horrio pslaboral, oupreferencialmente ao sbado de manh. O requisito mnimo para frequentar estes cursos ser o 12 ano completo, sendo
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MquinasEltricasdeCorrenteContnua Verificao,ManutenoeExploraoInstalaesEltricasdeBaixaTenso
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ARTIGO TCNICO
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TRAAGEM ELTRICA
MrioFernandoSoaresdeAlmeidaTecnitrace,Lda
AKO
Resumo
Antes de surgir a traagem eltrica os tubos e os depsitos
eram aquecidos com tubos de vapor, gerado em caldeiras a
nafta, o qual circulava em complicadas redes de tubos,
instalados em paralelo com a tubagem a aquecer em alta
temperatura.
Este sistema de pouca flexibilidade tornava as instalaes
mais complexas e aumentava os custos de investimento e de
manuteno. Adicionalmente os sistemas requeriam um
sistema complicado e caro de controlo pouco rigoroso da
temperatura. Esta situao deu oportunidade ao
desenvolvimento da traagem eltrica.
Esta nova tecnologia uma soluo muito mais simples,
mais eficaz, segura e mais barata para manter constante a
temperatura em tubagens e depsitos.
1. Introduo
Neste artigo vamos explicar o que a traagem eltrica,
quais as suas aplicaes principais, as tecnologias disponveis
no mercado, como se projeta e se instala.
A traagem eltrica surgiu porque h muitos processos e
situaes onde importante manter uma temperatura
constante.
A traagem eltrica tem tido grandes avanos tecnolgicos
quer ao nvel dos cabos resistivos quer ao nvel dos sistemas
de controlo.
Hoje em dia a traagem eltrica passou a ser includa nos
projetos industriais, indispensvel na resoluo dos
problemas do arrefecimento de tubos e depsitos onde a
viscosidade dos produtos afetada pelas variaes da
temperatura ambiente.
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ARTIGO TCNICO
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2. Problemas mais comuns de arrefecimento
Os problemas mais comuns de arrefecimento que
necessitam de traagem eltrica ocorrem na indstria e nas
instalaes de abastecimento de gua em edifcios.
2.1. Na industria
Tal como a cera liquida quente quando arrefece, h uma
grande quantidade de fluidos de grande viscosidade que
solidificam. Nestes casos necessrio aplicar energia
calorifica para manter a fluidez e garantir que circulam
facilmente sem bloquear as tubagens nas redes de
abastecimento dos processos industriais.
Os problemas de arrefecimento dos tubos ocorrem
normalmente nos perodos de no produtividade e portanto
necessrio manter os tubos e os depsitos aquecidos para
evitar congelamento.
Alguns exemplos de produtos onde necessrio manter a
temperatura para controlar a viscosidade: chocolate, melao,
massas, leos alimentares e combustveis, parafina, soda
caustica, lixivia branqueadora de pasta de papel
2.2. Nos edifcios
Um dos problemas mais frequentes nos edifcios est
relacionado com o arrefecimento e congelamento da gua
dentro dos tubos. Este problema mais grave em zonas
onde as condies meteorolgicas so extremas. Um dos
casos crticos so as redes de gua para extino de
incndios.
H tambm riscos com derrocada de telhados,
escorregamento de veculos em rampas de acesso e pistas
de aeroportos devido a formao de gelo e queda de neve
pondo em causa a segurana de pessoas e bens.
3. Problemas do arrefecimento?
Atualmente para a resolver os problemas de arrefecimento e
congelao de tubagens e depsitos recorrese a traagemeltrica que consiste em instalar cabos eltricos resistivos
especiais para produzirem calor por efeito Joule. Estes cabos
so colocados encostados aos tubos ou nas paredes dos
depsito, em toda a sua extenso, transferindo o calor para
o tubo ou para o deposito repondo a energia perdida.
Conseguese deste modo uma temperatura constante dofluido que circula no tubo ou se encontra armazenado no
depsito.
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ARTIGO TCNICO
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4. Projetar um sistema de traagem eltrica
Para projetar uma instalao de traagem devemos dispor
de toda a informao fornecida pelo cliente e visitar o local
da instalao.
Podemos resumir o projeto em 3 fases
i. Recolha de informao junto do cliente
Necessidades trmicas, conhecimento do local e avaliao de
riscos. Conhecimento das temperaturas requisitadas dos
fluidos que vo circular nos tubos, temperaturas mnimas
ambiente, instalao eltrica de alimentao e riscos
ambientais.
ii. Escolha da tecnologia
Tipo de cabo de traagem, controlo de temperatura,
isolamento trmico e alimentao eltrica.
iii. Execuo da instalao
Montagem dos cabos de traagem, circuitos de alimentao
eltrica, controlo de temperatura. Oramento, execuo da
instalao, testes de isolamento e comissionamento.
5. Clculo das perdas trmicas
Pensemos em dois corpos a temperaturas diferentes que so
colocados em contacto fsico um com o outro. Nestas
condies quando os dois corpos se tocam verificase umfluxo de calor entre o corpo mais quente e o mais frio. O
fluxo termina quando ambos os corpos se encontram
mesma temperatura. Em equilbrio trmico.
Para reduzir a perda de calor do corpo quente isolase estecom material de baixa condutividade trmica.
Para realizar o clculo das perdas trmicas recorremos s
equaes de transferncia de calor (anlogas Lei de Ohm)
para obter o valor da potncia a instalar na traagem
eltrica.
5.1. Perdas trmicas para um tubo
Considerando um tubo como o representado na figura 1, as
perdas trmicas so dadas por:
Figura1.Perdasdecaloratravsdeumtubo
..
.
(1)
Onde:
Q Fluxo de Calor (W/m)
T1 Temperatura interior do tubo
T2 Temperatura exterior ambiente
D Dimetro do tubo
e Espessura do isolamento do tubo (m)
Condutibilidade trmica .
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5.2. Perdas trmicas para uma superfcie plana
Considerando uma superfcie plana como a representada na
figura 2, as perdas trmicas so dadas por:
Figura2.Perdasdecaloratravsdeumasuperfcieplana
. (2)
Onde:
Q Fluxo de Calor (W/m2)
T1 Temperatura interior do tubo
T2 Temperatura exterior ambiente
Condutibilidade trmica .
e Espessura do isolamento do tubo (m)
5.3. Softwares de apoio ao projeto
Hoje em dia os fabricantes de cabos de traagem
disponibilizam gratuitamente um software de clculo das
perdas trmicas para os casos tpicos. Existem tambm
tabelas para consulta onde se pode estimar com boa
aproximao os valores das perdas trmicas para tubos com
base no dimetro, diferencial de temperatura e espessura de
isolamento.
Compete ao projetista escolher o mtodo de clculo a seguir
tendo em conta a dimenso da instalao, a qualidade
pretendida e o grau de responsabilidade assumido perante o
cliente.
6. Tipo de cabos
Os principais tipos de cabos utilizados na traagem eltrica
so os cabos autoregulantes ou autolimitados e os cabos depotncia constante.
6.1. Cabo de traagem autoregulante ou autolimitado
O cabo auto regulante constitudo por dois condutores de
cobre paralelos entre os quais existe o material de
resistncia varivel (semicondutor).
Quando a resistncia semicondutora fica sujeita a umatenso liberta calor na proporo da temperatura e segundo
a sua curva caracterstica de funcionamento.
Na figura 3 podemos ver um cabo de traagem autoregulante.
Figura3.Cabodetraagem autoregulante
Nestetipodecabo,quantomaioratemperaturamenorapotenciadesenvolvidapelocabo.
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ARTIGO TCNICO
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6.2. Cabo de traagem de potncia constante
O cabo de potncia constante (circuito paralelo) possui um
circuito resistivo constitudo por um fio cromonquel ligado a
dois condutores de alimentao. O fio resistivo forma uma
resistncia com comprimento modular que se repete. Este
cabo de potncia constante produz calor constante
proporcional ao comprimento.
Na figura 4 podemos ver um cabo de traagem de potncia
constante.
Figura4.Cabodetraagem depotnciaconstante
7. Instalao dos cabos
Os cabos de traagem so colocados enrolados nos tubos ou
paralelamente a estes e fixados com abraadeiras e fita
adesiva de fibra de vidro.
A figura 5 mostra um exemplo de instalao dos cabos.
8. Controlo da temperatura
Os tubos devem manter a temperatura especificada. Para
isso instalado um controlador de temperatura que
comanda o circuito eltrico de alimentao do cabo de
traagem.
No caso de uma instalao de grande dimenso ou muito
emalhada o sistema de controlo feito atravs de
equipamento de monitorizao e controlo mais avanado.
A figura 6 mostra um exemplo de controlador de
temperatura de um sistema de traagem eltrica.
Figura6.Controladordetemperatura
Figura5.Instalaodecabosdetraagem
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9. Concluso
A traagem eltrica permite solucionar os problemas
do arrefecimento evitando o bloqueio dos fluidos nos
tubos, pipelines e depsitos.
Nos edifcios onde h risco de congelamento da gua
nos tubos, principalmente em tubagens das redes de
extino de incndios indispensvel a instalao de
um sistema de traagem eltrica.
Os sistemas de traagem so indispensveis para
melhorar os processos produtivos e a segurana dos
bens e das pessoas e permitem evitar prejuzos e
reduzir os riscos de acidentes em situaes de queda
de neve formao de gelo ou arrefecimento do tempo
cada vez mais imprevisvel nos tempos que correm.
Sendo a traagem eltrica uma especialidade, embora
muito presente nas instalaes, pouco divulgada em
termos de formao acadmica e literatura tcnica,
existem poucos profissionais com competncia em
tcnicas da traagem eltrica o que abre perspetivas
de trabalho.
10. Referncias bibliogrficas
[1] AKO
[2] THERMON
[3] HEAT TRACE
[4] FLEXELEC
[5] TECNITRACE
http://www.jpsinsulation.co.uk/
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ARTIGO TCNICO
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1. Introduo
Qualidade de Energia Eltrica (QEE) pode ser definida como
a ausncia relativa de perturbaes que afetem a correta
operao de um qualquer equipamento ou instalao
eltrica.
As empresas distribuidoras de energia eltrica encaram hoje
a QEE como um fator fundamental, sendo mesmo motivo de
preocupao, dadas as necessidades dos consumidores
atuais e as eventuais situaes que podem conduzir a
problemas de complexa resoluo.
Com o evoluir da tecnologia, so atualmente muito
utilizados equipamentos de controlo e potncia baseados
em eletrnica de estado slido. Estes tipos de
equipamentos, para alm de poluir a rede eltrica,
tambm so bastante sensveis a fatores relacionados com a
qualidade da energia eltrica.
Se inicialmente a qualidade da energia eltrica era
considerada num domnio relativamente restrito, hoje esse
domnio est severamente alargado. Assim, preocupaes
especficas apenas relativas continuidade de servio so
hoje insuficientes para as necessidades dos consumidores
atuais. Neste cenrio, para alm terse de garantir os devidosnveis de tenso e frequncia no fornecimento de energia
eltrica, tambm tem de ser devidamente avaliada a
situao correspondente ao nvel de poluio harmnica.
Embora na distribuio e transmisso de energia no sejam
conhecidos problemas relevantes relacionados com a
qualidade da energia, na indstria a situao diferente.
Associado a uma completa incerteza da causa, e por vezes do
causador, da no existncia de energia com qualidade, os
prejuzos econmicos resultantes so muito elevados, quer
em termos de paragem de unidades de produo, quer em
termos de equipamento danificado.
Apesar de este problema atingir de forma severa a
generalidade do setor industrial, realamse algunssubsetores, hoje identificados como crticos:
Indstria de semicondutores;
Indstria de papel;
Indstria automvel (soldadura);
Indstrias com consumo elevado de energia eltrica.
Em Portugal a maioria das empresas no tm as suas
instalaes eltricas preparadas para lidar com estes
problemas e as respetivas consequncias relativas ausncia
de qualidade da energia eltrica. A ausncia de indicadores
da qualidade de energia e a incompleta monitorizao da
rede, torna muito difcil identificar a causa de uma
diversidade de problemas resultantes da falta de qualidade
da energia eltrica.
O facto das instalaes eltricas no estarem em condies
de fazer face aos problemas da qualidade de energia, isto
no se deve necessariamente a erros na conceo inicial da
instalao, mas devido a alteraes nos tipos de
equipamentos entretanto utilizados pelas empresas:
Equipamentos mais sensveis a perturbaes, por
inclurem sistemas de controlo baseados em
componentes eletrnicos que no so concebidos
para funcionarem em ambientes poludos;
Equipamentos poluidores da rede eltrica, em
termos de gerao e propagao de componentes
harmnicas.
Os equipamentos deste ltimo ponto relacionamse com autilizao da eletrnica de potncia em larga escala na
indstria, como os conversores eletrnicos, sistemas de
retificao, controladores lgicos programveis (PLCs),
JosRodrigoPereiraJosAntnioBelezaCarvalho
InstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto
POLUIO HARMNICA EM INSTALAES ELTRICAS INDUSTRIAIS
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variadores de velocidade para motores de corrente contnua
e corrente alternada, lmpadas de descarga, etc. Em
resultado disso, possvel observarse uma crescentedeteriorao das formas de onda de corrente e tenso dos
sistemas de energia eltrica. A deformao da forma de
onda destas grandezas, que idealmente variam no tempo de
forma sinusoidal, levanos problemtica das componentesharmnicas nas instalaes eltricas em particular [1].
2. Qualidade de EE
Como atesta a norma EN 50160, a qualidade de energia
eltrica definida como a ausncia de qualquer perturbao
que afete a operao de um qualquer equipamento recetor.
Sendo assim, considerando ainda este normativo, um
problema de Qualidade da Energia caracterizase comoqualquer distrbio ou ocorrncia manifestada nos nveis e
em formas de onda de tenso ou corrente, que possam
resultar em insuficincia, m operao, falha ou defeito
permanente em equipamentos de um sistema eltrico.
A definio apresentada na norma referese qualidade daonda de tenso como sinnimo da qualidade da energia
eltrica. Assim, esta pode ser descrita como a
disponibilidade de energia eltrica com forma de onda
sinusoidal pura, sem alteraes na amplitude, emanando de
uma fonte de potncia infinita. De facto, do ponto de vista
acadmico, qualquer desvio na caracterstica destes
parmetros considerado um problema envolvendo a QEE.
Esta apenas uma definio, que no sendo universal d
uma ideia rpida do que pretende refletir, limitandose noentanto qualidade da onda de tenso. Uma definio mais
ampla, que tem em conta pontos adicionais da energia
eltrica como produto e servio, atende ao seguinte:
Continuidade de servio (Fiabilidade);
Ausncias de interrupes;
Qualidade da onda;
Amplitude constante com valor nominal;
Frequncia constante;
Sistema de tenses equilibrado e simtrico;
Formas de onda sinusoidais;
Qualidade comercial;
Atendimento (presencial ou telefnico);
Informao disponibilizada (Contratos, opes,
servios, reclamaes, faturao, etc.);
Padres para a qualidade comercial.
A degradao da QEE pode ocorrer devido a vrios tipos de
distrbios eltricos. Estes distrbios podem ter origem no
fornecimento da energia atravs da rede eltrica ou no
consumidor, dependendo dos equipamentos que este tenha
instalado.
Os indicadores de qualidade so referidos em vrios
documentos para avaliar a qualidade da onda de tenso (NP
EN 50160, normas CEI, IEEE, etc.). Os referidos pela
NPEN50160 descrevem as caractersticas tcnicas
fundamentais da energia eltrica, como:
Frequncia;
Amplitude da tenso de alimentao;
Variaes da tenso de alimentao;
Figura1.PerceoeComplexidadenaDefiniodeQEE
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Variaes rpidas da tenso de alimentao;
Amplitude das variaes rpidas;
Severidade da tremulao (flicker);
Cavas da tenso de alimentao;
Interrupes breves da tenso de alimentao;
Interrupes longas da tenso de alimentao;
Sobretenses temporrias entre os condutores
ativos e a terra;
Sobretenses transitrias entre os condutores ativos
e a terra;
Desequilbrio das tenses de alimentao;
Tenses harmnicas;
Tenses interharmnicas;
Transmisso de sinais de informao na rede.
3. Harmnicas
O termo harmnico vem da fsica, mais especificamente do
estudo dos movimentos ondulatrios. Quando uma
partcula, ou uma onda, se propaga oscilando
periodicamente em torno de uma posio de equilbrio, esse
movimento pode ser traduzido matematicamente por
funes sinusoidais, denominandose movimentoharmnico.
Tecnicamente uma harmnica uma componente de onda
peridica cuja frequncia um mltiplo inteiro da
frequncia fundamental. Isso pode ser facilmente visualizado
na figura 2. Nela, apresentamse trs formas de ondadistintas. Uma onda sinusoidal considerada frequncia de
(60 Hz) e duas outras representando determinadas ondas
harmnicas. Como para a segunda e a terceira onda os ciclos
repetemse, respetivamente, 3 e 5 vezes no mesmo perodode tempo em que a onda fundamental descreve apenas um
ciclo, verificase que elas representam as harmnicas de 3 e5 ordem (ou a 3 e 5 harmnicas) relativamente onda
fundamental. Consequentemente, oscilam com frequncias
de 180Hz e 300Hz. Raciocnio anlogo pode ser aplicado a
outras ondas sinusoidais cujas frequncias sejam outros
mltiplos da frequncia da onda fundamental [4].
Cargas que solicitam uma corrente que no toma uma forma
de onda sinusoidal no tempo so denominadas de cargas
no lineares. Assim, do ponto de vista da rede, a corrente
eltrica a fornecer no sinusoidal, ou seja, apresentase deacordo com o teorema de Fourier, uma soma de ondas
sinusoidais com uma frequncia de valor mltiplo da
componente fundamental (componentes harmnicas).
Quando existem cargas no lineares ligadas rede eltrica a
corrente que circula nas linhas contm componentes
harmnicas, e as quedas de tenso provocadas por estas nas
impedncias das linhas faz com que as tenses de
alimentao fiquem tambm distorcidas, originando os
harmnicos de tenso, sendo estes o resultado do produto
da corrente harmnica vezes a impedncia harmnica.
Figura2.Exemplodeumaondafundamentaleda3e5harmnica[8]
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Se pretenderse reduzir as harmnicas de tenso, uma dasmaneiras possveis reduzir a impedncia harmnica da
rede a montante.
Nas instalaes industriais relevante falar ainda das interharmnicas, que surgem quando h componentes de
corrente que no so mltiplos inteiros da frequncia da
componente fundamental (50 Hz). Essas componentes de
corrente podem ser produzidas por fornos a arco ou por
cicloconversores, que so equipamentos que alimentados a50 Hz permitem obter tenses e correntes de sada com uma
frequncia diferente.
3. Indicadores de medio
Uma medida muito usada da distoro harmnica a Total
Harmonic Distortion (THD). Esta o quociente, expresso em
percentagem, da raiz quadrada da soma dos quadrados das
tenses eficazes de cada harmnica pelo valor eficaz da
fundamental. O valor de THD tanto maior quanto mais a
forma de onda se afasta de uma sinusoide pura.
Considerando um sinal (pode ser a corrente ou a tenso), a
taxa de distoro harmnica definida pela frmula abaixo:
(1)
Com a finalidade de conhecer a contribuio de cada
harmnica, existe a distoro harmnica individual (DIT),
segundo a expresso:
(2)
Fator de crista (FC) a proporo entre o valor de pico de
uma onda e o seu valor eficaz, considerando onda de
corrente.
(3)
Essa relao igual a quando um sinal no possui
distoro, ou seja, perfeitamente sinusoidal.
Essa relao igual a quando um sinal no possui distoro,
ou seja, perfeitamente sinusoidal.
Observandose estas expresses, verificase que para adeterminao dos valores das distores harmnicas totais
e/ou individuais presentes em uma determinada instalao
eltrica, preciso que sejam determinados os valores de
cada componente harmnica individualmente, ou seja,
tornase necessrio a realizao de medies especficas.
3. Causas
As cargas lineares so as que obedecem Lei de Ohm.
Caracterizamse por absorver da rede eltrica correntesproporcionais tenso a elas aplicada, preservandose asformas de onda sinusoidais, ainda que possa haver
desfasamentos angulares entre elas. Notese que para umelemento reativo, condensador ou bobina, haver um
desfasamento entre a tenso e a corrente, mas o
comportamento ainda ser linear. Qualquer carga que
solicita uma corrente que no toma uma forma de onda
sinusoidal no tempo denominada de carga no linear e, de
acordo com o teorema de Fourier, apresentar uma soma de
ondas sinusoidais com uma frequncia de valor mltiplo da
componente fundamental (componentes harmnicas).
Os tipos de cargas no lineares, fontes geradoras de
componentes harmnicas presentes nos sistemas eltricos
de potncia, so bastante variadas, indo dos equipamentos
dos sistemas produtores e fornecedores de energia, at aos
consumidores, principalmente os industriais, que constituem
uma parcela considervel da carga a ser alimentada, que
inclui uma percentagem elevada da potncia solicitada por
cargas no lineares.
2
Figura3.HarmnicasdeCorrente/Tensoprovocadaspelacarganolinear[7]
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No passado, as distores harmnicas nos sistemas de
potncia eram primordialmente associadas conceo das
mquinas eltricas. Atualmente, com o uso generalizado de
equipamentos eletrnicos, nomeadamente os baseados em
eletrnica de potncia (dodos, mosfets, tirstores, etc.)
aumentouse drasticamente as cargas no lineares que soalimentadas pelos sistemas eltricos de energia.
Sob o ponto de vista da rede de alimentao, os conversores
estticos de potncia (retificadores e inversores) constituem
a fonte mais expressiva de distoro harmnica. De facto,
nas atuais instalaes eltricas industriais, mais de metade
da energia eltrica em cada momento (potncia eltrica)
passa por um dispositivo de eletrnica de potncia antes que
seja finalmente utilizada. Todos estes dispositivos de
eletrnica de potncia tm dois modos de funcionamento,
conduo que corresponde a um interruptor fechado ou
bloqueio que corresponde a um interruptor aberto. A
passagem de um estado para o outro muito rpida, e em
qualquer instante do sinal (atravs do controlo do
semicondutor). Essas comutaes rpidas de estado
produzem uma corrente no sinusoidal, quando a tenso
que alimenta os dispositivos sinusoidal. Por sua vez, a
circulao destas correntes no sinusoidais nas instalaes e
equipamentos eltricos conduz a quedas de tenso com
evoluo igualmente no sinusoidal, que quando
sobrepostas adequadamente com a tenso da rede a tornam
tambm no sinusoidal.
Os conversores estticos de potncia podem ser resumidos
em 3 grandes grupos:
Conversores de alta potncia, usados em
transmisso DC e na indstria siderrgica;
Conversores de mdia potncia, usados para o
controlo de motores em indstrias e trao
ferroviria;
Conversores de baixa potncia (nomeadamente os
retificadores), alimentandas cargas monofsicas,
como aparelhos de televiso e carregadores de
bateria.
Em adio a estes conversores, outras cargas no lineares
como os compensadores estticos reativos, os fornos
eltricos a arco, cargas tpicas industriais, constituem as
restantes principais fontes de harmnicas para os sistemas e
instalaes eltricas. Em relao aos fornos a arco,
equipamentos de solda (a arco voltaico no fundo) e
presena de cicloconversores (agora em desuso) verificasea presena de interharmnicas so formas de ondas detenses e correntes que apresentam componentes de
frequncia que no so mltiplos inteiros da frequncia com
a qual o sistema suprido e designado a operar.
A figura 4 mostra a forma de onda de corrente absorvida por
alguns tipos de cargas no lineares, tendo o espetro de
distribuio em amplitude das harmnicas e a THD
caracterstica dessa forma de onda (corrente).
4. Consequncias
a) Fator de Potncia
Com a presena de harmnicas numa instalao, o fator de
potncia baixa, acarretando vrios problemas. O impacto
mais percetvel o aumento das perdas na instalao e na
rede eltrica, devido ao trnsito de potncia na rede, e como
consequncia direta a diminuio da sua eficincia. Na
definio habitual de fator de potncia notese que apenas
Figura4.Cargasnolineares Espetroedistoroharmnica[5,8]
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vlida para formas de onda sinusoidais, ou seja, sem a
presena de componentes harmnicas.
Definio habitual para ondas sinusoidais:
(4)
Definio geral para qualquer forma de onda:
(5)
Do desenvolvimento matemtico, a partir da definio do
fator de potncia e dos valores eficazes da tenso e corrente
decompostas em srie de Fourier, podese chegar seguinteexpresso:
(6)
Deste modo verificase que um elevado contedo decomponentes harmnicas prejudica o FP das instalaes
(maior THD). Um baixo fator de potncia, como visto por
parte da rede quando existe um contedo de harmnicas
elevado, resulta no aumento na corrente total circulante nas
redes de distribuio de energia eltrica, podendo
sobrecarregar as linhas de transmisso e transformadores,
prejudicando a estabilidade e aproveitamento dos sistemas
eltricos, acarretando problemas, tais como [6]:
Perdas na rede e na instalao;
Subutilizao da capacidade instalada;
Custos tarifrios;
().
b) Mquinas Eltricas
Os motores so sensveis a distores da tenso, ou seja,
quando uma onda de tenso distorcida excita um motor,
correntes de altas frequncias esto a ser injetadas no
estator. Por este facto, vo surgir componentes harmnicas
de corrente que podem causar inmeros problemas, como
aquecimento, vibraes, binrios pulsantes ou rudo.
Consequentemente, o aumento da temperatura dos
motores reduzir o tempo de vida mdio dos mesmos. Como
exemplo: nos alternadores, as harmnicas de corrente
provocam perdas hmicas suplementares nos enrolamentos
principais e nos enrolamentos amortecedores. Por outro
lado, a interao entre correntes harmnicas e o campo
magntico fundamental, pode originar binrios oscilatrios
que provocam vibraes no veio dos alternadores e,
consequentemente, o aumento da fadiga mecnica das
mquinas.
Nos motores assncronos ocorrem aumentos das perdas por
efeito Joule, com o consequente sobreaquecimento dos
enrolamentos estatricos, alm de que uma distribuio
assimtrica da corrente induzida nas barras rotricas
provoca vibraes e o aparecimento de binrios de toro no
veio da mquina.
5. Situao no mercado
Atualmente, existem empresas especializadas no setor que
apresentam alm de uma gama de produtos padronizada,
um servio personalizado que permite estudos e anlise da
qualidade de energia eltrica de uma qualquer instalao
particular, permitindo conceber uma soluo mais eficaz
para o cliente, incluindo em muitos casos sistemas de
compensao do fator de potncia para ambientes
harmonicamente poludos, quando o sistema ideal de
compensao da distoro harmnica for do ponto de vista
econmico pouco atrativo.
Figura5.Perdaseltricasadicionaisdosmotoresdeinduo[8]
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Existem diversas tcnicas para reduzir as componentes
harmnicas de tenso e/ou corrente. De um modo global
podem ser agrupadas nas estratgias assim caracterizadas:
Uso de filtros passivos conectado sem paralelo e/ou
em srie com o sistema eltrico;
Os conversores estticos de potncia podem ser resumidos
em 3 grandes grupos:
Conversores de alta potncia, usados em
transmisso DC e na indstria siderrgica;
Aumento da quantidade de pulsos em unidades
conversoras, com o uso de transformadores
desfasadores;
Tcnicas de compensao de fluxo magntico;
Filtros ativos de potncia ligados em paralelo e/ou
em srie com o sistema eltrico.
A escolha de um ou outro procedimento, ou mesmo a
associao de solues, deve levar em conta a anlise dos
seguintes aspetos:
Conhecimento do sistema de alimentao do ponto
de vista da concessionria: impedncia de curtocircuito, nvel de tenso e legislao quanto aos
nveis de distores harmnicas permitidos;
Conhecimento do sistema consumidor: tipos de
cargas instaladas, potncia envolvida, problemas que
ocorrem devido s harmnicas, perda de energia,
diminuio do fator de potncia real;
Local da instalao do dispositivo para reduo de
harmnicas;
Desempenho e capacidade nominal de
tenso/corrente do dispositivo;
Custo inicial de compra e custo da energia
consumida no prprio dispositivo;
Efeitos colaterais prejudiciais sobre o sistema de
alimentao: o fator de potncia em situaes de
carga nominal pode alterarse em condies de cargabaixa, modificao do nvel e da distoro de tenso
ou de corrente, alterao do nvel de curtocircuitopara a terra, mudana ou possibilidade de
ressonncia em outras frequncias harmnicas. Em
decorrncia desses fenmenos, pode haver possveis
efeitos nocivos sobre outras cargas consumidoras
adjacentes;
Efeitos colaterais prejudiciais ao funcionamento das
cargas eltricas envolvidas: aumento da distoro,
abaixamento e elevao na tenso de alimentao
da carga;
Influncias nocivas das variaes do sistema sobre o
dispositivo utilizado: alteraes da impedncia do
sistema, correntes harmnicas de cargas
consumidoras adjacentes podem entrar pela
alimentao, o sistema pode desequilibrarse emtenso, a distoro de tenso e o seu nvel na barra
de alimentao podem variar devido a fatores
externos;
Influncia da carga sobre a tcnica utilizada: a
variao da potncia solicitada pela carga e a
presena de desequilbrios podem alterar o
funcionamento do dispositivo empregado para a
reduo de harmnicas.
A figura 6 demonstra que todas estas estratgias tendem a
convergir para a atenuao mxima do problema, devendo
ser combinadas sempre que possvel, notando a importncia
do papel de todos os intervenientes, desde os fabricantes
at aos utilizadores.
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4. Caso Prtico
Foi analisada uma instalao com base em dados obtidos
atravs de equipamentos de medida instalados para o efeito.
A amostragem de dados foi realizada num perodo de 2 dias.
Na instalao em causa sabese que proliferamcomputadores pessoais e PLCs. Os dados que so
apresentados, grficos e tabelas, foram obtidos com recurso
a uma aplicao informtica que permite a visualizao
grfica e tratamento de bases de dados. Os dados foram
recolhidos registados e armazenados no equipamento de
medida, um analisador de energia com aplicao
informtica.
Nas figuras abaixo apresentamse os dados que servirampara a anlise deste caso, recolhidos entre as 02h15 e as
14h15 de 19092013:
As distores harmnicas so muito equiparadas nas 3 fases, razo
pela qual s se inclui, na figura 9, os referentes fase 1.
A distoro harmnica tambm se manifesta no condutor de
neutro, sendo a sua tenso mais de 3 vezes superior tenso
da frequncia fundamental, ainda que a tenso do neutro
obviamente no apresente valores muito elevados. As
figuras 10 e 11 permitem identificar os valores apresentados.
Como j foi referido, as componentes harmnicas so muito
difceis de combater, da que apenas as mais importantes, ao
nvel da sua perturbao para os equipamentos, so alvo de
ateno com vista sua compensao. Nos dados das figuras
9 e 10 verificase a existncia de perturbaes referentes sharmnicas mpares de 3, 5 e 7 ordem, sendo, por isso,
importante a sua eliminao quando existam em valor
percentual considerado grave, tendo em conta as normas
em vigor e os custos que podem provocar.
Figura6.Convergnciadasestratgias
Figura7.Analisadordeenergia[2]
Figura8.PotnciaConsumida
Figura9.DistoroHarmnicadeTenso,L1N
Figura10.TensoeCorrente
Figura11.DistoroHarmnicadeTenso,NG
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Segundo a NP EN 50160, o valor DTH total e individual nesta
instalao e no perodo do registo no preocupante, em
virtude do seu valor ser inferior a 8 e 5%, respetivamente.
No entanto, poder agravarse, pelo que, para o bomfuncionamento da instalao e respetivas cargas,
recomendvel a superviso por medio e anlise continua.
Para a medio e anlise de forma continuada, foram
utilizados os equipamentos das figuras 7 e 12. Graas s suas
funcionalidades, que incluem a deteo de fenmenos
transitrios, podese resolver rapidamente os problemasassociados qualidade de energia, nomeadamente os
relacionados com as componentes harmnicas.
Apesar dos dados registados no o evidenciarem, podeseafirmar que existiro momentos na explorao desta
instalao, ainda que pontuais e em determinadas horas de
maior consumo de energia, em que as componentes
harmnicas tero uma presena mais acentuada
relativamente que foi registada no perodo escolhido.
Atendendo que os custos de no produo so elevados,
propsse como soluo para o caso que apresentado,alm da superviso por monitorizao contnua, a
compensao global a jusante do quadro geral com filtros
ativos. Este equipamento compensar a distoro harmnica
at ao limite do valor nominal, em qualquer frequncia em
que esta esteja presente, pelo que poder comearse porinstalar um equipamento de entrada de gama 20 Amperes,
garantindo na prtica a eliminao na instalao de
perturbaes harmnicas durante a sua explorao.
A soluo proposta vem de encontro s solues mais
comuns e eficazes disponveis no mercado. Contudo, devesenotar que sempre aconselhado o dimensionamento do
filtro adequado para cada caso especfico, pois cada
instalao tem as suas prprias caractersticas, assim como a
rede que a alimenta.
Este ser seguramente um investimento com um tempo de
Payback reduzido, mesmo que apenas se contabilizem as
perdas nos transformadores e condutores da instalao
eltrica. Contudo, se adicionalmente forem tambm
considerados os ganhos das avarias que sero evitadas nos
equipamentos, ser potencialmente fcil ao tcnico
responsvel pela instalao convencer os rgos de gesto
na adoo destas solues e na compra do respetivo
equipamento.
6. Concluso
Para a correta compreenso da problemtica das
perturbaes harmnicas, semelhana de grande parte de
outras reas da engenharia, o tratamento matemtico
bastante relevante. As sries de Fourier so ajuda
fundamental no conceito de definir e quantificar o que so
as componentes fundamental e harmnicas.
O tema das Perturbaes Harmnicas complexo e
extenso, conduzindo na maioria das vezes ao seu
desconhecimento e h ausncia de estudos detalhados,
particularmente na fase de elaborao dos projetos das
instalaes eltricas. Os problemas, regra geral, surgem
depois da entrada em servio das instalaes eltricas, sendo
bastante mais complexa a anlise e economicamente mais
severas as consequncias.
As solues mais adotadas para minimizar os efeitos
nefastos das distores provocados pelas componentes
harmnicas consistem geralmente na instalao de
reactncias, filtros passivos e filtros condicionadores ativos,
na utilizao de transformadores de isolamento, no
reposicionamento e/ou alterao da potncia de
condensadores estticos, na elevao da capacidade do
sistema de alimentao, entre outras.
Figura12.CentraisMonitorizaoDEQEE,CM3000/4000[4]
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A soluo para uma determinada instalao to ou mais
difcil quanto menor a quantidade de dados disponveis para
a anlise da rede em questo. muito importante a correta
monitorizao e anlise tanto em termos de qualidade como
de quantidade de dados obtidos.
De salientar que medidas, como por exemplo o correto
dimensionamento de condutores (fases, neutro e terra), a
separao de malhas de terra, a incluso do "Fator K" (fator
depreciativo determinado de acordo com a taxa de distoro
harmnica espectvel) no dimensionamento de
transformadores para Postos de Transformao privados e
pblicos, assim como a implementao de baterias de
condensadores para correo do fator de potncia,
devidamente dimensionadas para a taxa de distoro da
instalao, so factores que no devem ser descorados no
projeto de uma instalao eltrica, seja projeto de
construo ou requalificao.
Neste documento, evidenciado que as unidades industriais
ou comerciais com forte utilizao de equipamentos
baseados em eletrnica de potncia, tais como conversores
de frequncia, reactncias eletrnicas, fontes comutadas,
entre outros, so equipamentos passiveis de apresentar uma
forte componente harmnica. Nestas unidades deveseconsiderar sempre os efeitos das perturbaes harmnicas,
implementando medidas para o seu controlo e
monitorizao, de forma a limitar as eventuais perdas de
produo e os respetivos custos associados a este problema.
Bibliografia
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rica, So Paulo, 2012, ISBN 9788536502311.
[2] Sankaran, C., PowerQuality CRC Press, Estados Unidosda Amrica, 2002, ISBN 0849310407.
[3] Moreno, H., Harmnicas nas Instalaes Eltricas,
Instituto Brasileiro do Cobre, So Paulo, 2001.
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Eltricas de Baixa Tenso: Qualidade de Energia Eltrica,
http://www.schneiderelectric.com.br/documents/cadernostecnicos/harmon.pdf, consultado a 22 de Dezembro de 2013.
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[6] SchneiderElectric,Harmonics mitigation and solutions
http://www.schneider
lectric.cn/medias/solutions/downloads/377ed18_harmonics
_mitigation_solutions.pdf,consultado a 28 de Dezembro de
2013.
[7] Martins, Jlio, Joo, A., Qualidade da Energia Eltrica
Revista o Eletricista, n 9, 3 trimestre de 2004, ano 3, pp.
6671.
[8] Isoni, Marcos, Dist ores Harmnicas Uma Reviso de
Conceitos Gerais, consultado a 11 de Dezembro de 2013.
[9] Schneider Electric, Cahier technique n 199, 2000,
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1. Introduo
Ao longo das ltimas dcadas Portugal tem assistido a um
abrandamento na construo civil e, naturalmente, na
construo de edificado novo. Porm, subsiste a necessidade
de requalificar os edifcios j existentes que sero,
indubitavelmente, o grande nicho de negcio nas dcadas
vindouras.
Paralelamente, a legislao e as especificaes e prescries
tcnicas das diversas instalaes especficas,
designadamente as Infraestruturas de Telecomunicaes em
Edifcios (ITED), devem convergir para a harmonizao com
as Normas Europeias e adaptadas realidade econmica do
pas.
Assim, com naturalidade que se prev uma nova edio do
Manual ITED (a 3 Edio) para o prximo ano de 2015 que
vise fundamentalmente, a atualizao das especificaes e
prescries tcnicas realidade tecnolgica atual (e futura),
normalizao europeia e uma convergncia com a real
situao econmica portuguesa.
O presente artigo propem, de uma forma sucinta,
evidenciar as principais alteraes decorrentes da proposta
do novo enquadramento das Infraestruturas de
Telecomunicaes em Edifcio (ITED) a ser criada pela
3Edio do respetivo Manual.
Este artigo baseado exclusivamente no documento de
proposta da 3Edio do Manual ITED que esteve em
consulta pblica pela Autoridade Nacional