UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – UFOP
ESCOLA DE MINAS
COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE
CONTROLE E AUTOMAÇÃO – CECAU
MONOGRAFIA DE GRADUÇÃO EM
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Daniel Felipe Amaral
- Ouro Preto –
i
Daniel Felipe Amaral
GERENCIAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia
de
Controle
e
Automação
da
Universidade Federal de Ouro Preto como parte
dos requisitos para obtenção de Grau em
Engenheiro de Controle e Automação.
Orientador: Professor Dr. Milton Realino de Paula
Ouro Preto
ESCOLA DE MINAS – UFOP
OUTUBRO / 2006
ii
iii
AGRADECIMENTOS
Ao professor e orientador deste projeto, Dr. Milton Realino de Paula,
pela dedicação e paciência.
Ao engenheiro e amigo Luciano Rebelo pela colaboração para a
realização deste trabalho.
Aos amigos Joca e Corinto pelo apoio e incentivo para a execução deste
projeto.
iv
“ ...dar conselhos ... ...conhecer a si próprio...”
Tales de Mileto (624 a.C. – 546 a.C.),
quando indagado sobre o que era fácil e o que era difícil de se fazer
v
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS ....................................................................................................... iii
LISTA DE FIGURAS........................................................................................................ vii
LISTA DE TABELAS ...................................................................................................... viii
RESUMO............................................................................................................................. ix
ABSTRACT...........................................................................................................................x
CAPÍTULO 1 ........................................................................................................................1
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................................1
1.1.
1.2.
1.3.
OBJETIVOS.................................................................................................................1
METODOLOGIA ADOTADA..........................................................................................2
ESTRUTURA DO TRABALHO........................................................................................2
CAPÍTULO 2 ........................................................................................................................4
2 ESTRUTURA TARIFÁRIA .............................................................................................4
2.1 ESTRUTURA TARIFÁRIA EM VIGOR .............................................................................5
2.1.1. Tarifa Azul ...........................................................................................................8
2.1.2. Tarifa Verde .........................................................................................................9
CAPÍTULO 3 ......................................................................................................................10
3 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA INDÚSTRIA .........................................................10
3.1
3.2
CONTROLADORES DE DEMANDA ..............................................................................12
CARGAS A SEREM MONITORADAS ............................................................................13
CAPÍTULO 4 ......................................................................................................................16
4 GERENCIAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA.......................................................16
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
TIPO DE PROGRAMA .................................................................................................17
MEIO DE TRANSMISSÃO ...........................................................................................17
MEDIDORES .............................................................................................................18
REGISTRADORES DE PULSOS ....................................................................................20
MEDIÇÃO GLOBAL DE ENERGIA ...............................................................................20
CONTROLE DE DEMANDA E CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA..................................21
CONTROLE DO FATOR DE POTÊNCIA .........................................................................22
GERENCIAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE MICROCOMPUTADOR ...........23
QUALIDADE DE ENERGIA .........................................................................................25
MEDIÇÃO SETORIAL DE ENERGIA.............................................................................26
CAPÍTULO 5 ......................................................................................................................29
5 SOLUÇOES DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA ...............................................29
5.1
5.2
MEDIDORES DE ENERGIA .........................................................................................29
GERENCIADORES DE ENERGIA .................................................................................30
CAPÍTULO 6 ......................................................................................................................34
6 ANÁLISE DAS CONTAS DE ENERGIA ELÉTRICA...............................................34
vi
6.1 ANÁLISE DA DEMANDA............................................................................................35
6.1.1 Tarifa Convencional ........................................................................................35
6.1.2 Faturamento com tarifas de ultrapassagem......................................................35
6.1.3 Tarifa Horo-sazonal .........................................................................................35
6.1.4 Faturamento com tarifas de ultrapassagem......................................................36
6.2 FATOR DE CARGA ....................................................................................................36
6.2.1 Cálculo do fator de carga .................................................................................37
6.3 FATOR DE POTÊNCIA ................................................................................................38
6.4 LEGISLAÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA ......................................................................39
CAPÍTULO 7 ......................................................................................................................41
7 ANÁLISE ECONÔMICA DAS SOBRETAXAS DE EXCEDENTE REATIVO......41
7.1 FATOR DE POTÊNCIA ≥ 0,92 E DEMANDA ATIVA ≤ À DEMANDA CONTRATADA .........41
7.2 FATOR DE POTÊNCIA ≤ 0,92 E DEMANDA ATIVA ≤ À DEMANDA CONTRATADA .........42
CAPÍTULO 8 ......................................................................................................................46
8 SIMULAÇÕES E RESULTADOS.................................................................................46
8.1 CASO 1 – DEMANDA CONTRATADA DE 40000 KW, FATOR DE POTÊNCIA NORMAL E
DEMANDA INSTANTÂNEA MÁXIMA ....................................................................................46
8.2 CASO 2 – DEMANDA CONTRATADA DE 40000 KW, FATOR DE POTÊNCIA ABAIXO DA
REFERÊNCIA.......................................................................................................................47
CAPÍTULO 9 ......................................................................................................................49
9 CONCLUSÕES E SUGESTÕES ...................................................................................49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................50
vii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 – Energia elétrica aparente...............................................................................4
FIGURA 2.2 – Fator de carga................................................................................................4
FIGURA 2.3 – Fator de potência...........................................................................................5
FIGURA 2.4 – Classificação dos consumidores ...................................................................6
FIGURA 4.1 – Tomada Ótica..............................................................................................21
FIGURA 4.2 – Demanda diária de energia elétrica e fator de potência ..............................24
FIGURA 4.3 - Análise do perfil de demanda contratada ....................................................25
FIGURA 4.4 - Registro do nível de corrente segundo a segundo .......................................27
FIGURA 4.5 - Rateio do consumo de energia por centro de custo .....................................27
FIGURA 5.1 – Modelo painel do medidor CCK 4500........................................................29
FIGURA 5.2 – Modelo fundo de painel do medidor CCK 4500.........................................29
FIGURA 5.3 – Modelo medidor SAGA 2500 .....................................................................30
FIGURA 5.4 – Controlador CCK 6700 ...............................................................................31
FIGURA 5.5 – Controlador HX 6000 .................................................................................32
FIGURA 7.1 – Entrada de parâmetros.................................................................................41
FIGURA 7.2 – Resultados das sobretaxas e potência sugerida...........................................42
FIGURA 7.3 – Entrada de parâmetros.................................................................................42
FIGURA 7.4 – Resultado do cálculo das sobretaxas e potência sugerida...........................43
FIGURA 7.5 – Resultados do cálculo das sobretaxas e potência sugerida .........................44
FIGURA 7.6 – Entrada de parâmetros.................................................................................44
FIGURA 7.7 – Resultados do cálculo das sobretaxas e potência sugerida .........................44
FIGURA 7.8 – Entrada de parâmetros.................................................................................45
FIGURA 7.9 – Resultados do cálculo das sobretaxas e potência sugerida .........................45
FIGURA 8.1 – Interface do simulador ................................................................................46
FIGURA 8.2 – Atuação do controlador com a geração de histórico...................................47
viii
LISTA DE TABELAS
TABELA 4.1 – Controle de demanda .................................................................................22
TABELA 4.2 – Controle do fator de potência.....................................................................23
TABELA 5.1 – Estrutura tarifária para grupo A .................................................................34
TABELA 8.1 – Resultado das simulações...........................................................................48
ix
RESUMO
Este projeto tem como objetivo estudar o gerenciamento da energia elétrica,
demonstrando porque este procedimento vem se tornando uma necessidade para as
empresas interessadas em reduzir custos. São enfocados neste projeto as principais
características dos sistemas tarifários, importantes para a análise das contas de energia.
Aborda-se também os principais aspectos que devem ser considerados na avaliação de
sistemas de gerenciamento. Os principais pontos de preocupação por parte das diversas
unidades consumidoras, e que ocasionam a procura pelo estudo aqui descrito são: o
aumento das multas e ajustes de tarifas cobrados pelas concessionárias, necessidade de
aumento da produtividade através da diminuição de interrupções e acréscimo da vida
útil dos equipamentos instalados nas subestações. Realiza-se uma análise das sobretaxas
baseada na cobrança pelo excedente reativo gerado pelas instalações elétricas devido ao
baixo fator de potência. Finalmente é proposta uma solução para que não se pague por
este excedente de reativo através da simulação da atuação de um controlador, utilizando
um software desenvolvido em linguagem de programação Delphi.
Palavras Chaves: Gerenciamento, fator de potência, reativo, controlado
x
ABSTRACT
This project has as objective to study the management of the electric energy,
demonstrating the reason for this procedure becoming a necessity for the companies that
are interested in reducing costs. In this project are focused the main characteristics of
the taxes systems, important for the analysis of the energy accounts. One also
approaches the main aspects that must be considered in the evaluation of management
systems. The main points that concern the multiple units consumers, and cause the
research for described study are: the increase of the fines and adjustments of taxes
charged by the energy supplier companies, necessity of the productivity increase
through the reduction of interruptions and addition of the equipments useful life
installed in the substation. An analysis of the over-percentages based in the collection
for the reactive excess generated by the electric installations due to the low power
factor. Finally, a solution is proposed for the purpose to not pay for this reagent excess
through the simulation of a controller performance, using a software developed in
programming language known as Delphi.
Keys words: Management, factor of power, reactive, controlled.
1
CAPÍTULO 1
1 INTRODUÇÃO
Assuntos referentes à redução de consumo de energia no país sempre
foram objetos de pesquisas e nos últimos anos a energia tornou-se um fator preocupante
pela maioria da população.
A conscientização da população brasileira a respeito da necessidade de
reduzir o consumo de energia elétrica proveniente de usinas hidrelétricas foi adquirida
emergencialmente no ano de 2001, quando a escassez de recursos hídricos aliada com a
falta de investimentos nos setores de geração, transmissão e distribuição de energia
proporcionaram o que há tempos havia sido alertado porém nunca esperado pela maioria
da população: a falta de energia elétrica no Brasil.
Além da necessidade de se adquirir novos hábitos que reduzissem o
consumo de energia, houve um interesse em adquirir tecnologias que auxiliassem ainda
mais essa redução.
E não apenas o interesse dos consumidores brasileiros em reduzir
desperdícios no consumo aumentou a procura por produtos eficientemente energéticos,
o resultado financeiro obtido com a implantação de medidas de redução do consumo de
energia aumentou ainda mais essa procura.
A área de automação encontrou, portanto, possibilidades de se
desenvolver ainda mais.
Este projeto consiste em reunir alguns conceitos relacionados aos
sistemas de gerenciamento e controle de energia elétrica atualmente no mercado e que
contribuam com a redução do consumo.
1.1. Objetivos
Realizar um estudo à respeito do gerenciamento de energia, apresentando
as vantagens de um sistema de controle do consumo da energia. Pretende-se também
demonstrar as principais razões para se fazer o gerenciamento de energia. Demonstrar
através de uma análise das contas de energia elétrica que o pagamento de sobretaxas
pelo excesso de geração de reativos pode ser uma oportunidade de negócios. Finalmente
2
pretende-se propor um sistema o qual simule, através de um controlador inteligente, o
não pagamento de multa pelo excesso de demanda de potência reativa.
1.2. Metodologia adotada
Para alcançar os objetivos, ditos anteriormente, faz-se inicialmente uma
abordagem teórica dos principais tópicos que devem ser considerados para a
implantação de um sistema de gerenciamento de energia o qual pode auxiliar no
controle do consumo de energia. Com o auxílio de um software desenvolvido em Visual
Basic, procura-se fazer á análise econômica proposta. Finalmente, através de um
simulador, desenvolvido em Delphi, demonstra-se como pode-se ser feito o controle da
demanda de potência reativa de modo a minimizar a sobretaxa pelo excesso da mesma.
1.3. Estrutura do trabalho
No capítulo 1 apresenta-se uma introdução ao tema do trabalho, além
disso descreve-se os objetivos e a metodologia a dotada para a composição desta
monografia.
No capítulo 2 são definidos alguns conceitos relacionados à tarifação de
energia elétrica.
No capítulo 3 apresenta-se uma abordagem a respeito dos controladores
de consumo de energia e como é melhor maneira de se eleger as cargas a serem
controladas para que consiga minimizar o desperdício de energia elétrica.
O capítulo 4 descreve sobre o gerenciamento de energia elétrica, o qual
pode auxiliar no controle e consumo de energia. São descritos os equipamentos
necessários para tal controle e respectivos princípios de funcionamento.
No capítulo 5 apresenta – se algumas soluções disponíveis para o
gerenciamento da energia elétrica.
O capítulo 6 descreve aspectos fundamentais na análise das contas de
energia além da implicação desta análise na redução de despesas com eletricidade.
3
O capítulo 7 trata das sobretaxas pelo excesso de energia e demanda de
potência reativas. Neste capítulo chama-se a atenção para oportunidade de negócios que
surge devido à cobrança destas multas.
No capítulo 8 através da simulação da atuação de um controlador é a
proposta uma solução, para que de maneira racional e segura, não se pague pelo excesso
de demanda de potência de reativa.
4
CAPÍTULO 2
2 ESTRUTURA TARIFÁRIA
Antes de se apresentar a estrutura tarifária em vigor atualmente
conceitua-se alguns termos que serão fundamentais para o entendimento do presente
trabalho.
a) Energia elétrica ativa: é o uso da potência durante qualquer intervalo de tempo, sua
unidade usual é o quilowatts-hora (kWh). Uma outra definição é “energia elétrica que
pode ser convertida em outra forma de energia”.
b) Energia elétrica reativa: é a energia que circula continuamente entre os diversos
campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir
trabalho, expressa em quilovolt-hora (kVARh). Na Figura 2.1 representa-se a energia
elétrica ativa, como uma componente que realiza trabalho útil, e a energia reativa que é
a componente da energia aparente que deve ser minimizada.
FIGURA 2.1 – Energia elétrica aparente
FONTE: FENGPUCRS, 2006
c) Fator de carga: é um índice que permite verificar o quanto que a energia elétrica é
utilizada de forma racional. É a razão entre a demanda média, durante um determinado
intervalo de tempo, e a demanda máxima registrada no mesmo período. A Figura 2.1
permite entender melhor esta relação.
FIGURA 2.2 – Fator de carga
FONTE: ELETROPAULO, 2006
5
d) Fator de potência: o fator de potência é a razão entre a energia elétrica ativa e a raiz
quadrada da soma dos quadrados das energias elétricas ativa e reativa, consumidas num
mesmo período especificado.
Para melhor compreender a ocorrência de energia reativa em um sistema,
visualize a Figura 2.2, onde um vagão é tracionado para se deslocar sobre trilhos por
ações de uma força em direção a diferente a do deslocamento.
FIGURA 2.3 – Fator de potência
FONTE: ELETROPAULO, 2006
O esforço de tração representa a potência aparente do sistema (KVA). A
componente de força paralela aos trilhos é a que realiza trabalho útil representando a
potência ativa do sistema. A componente perpendicular a esta última não realiza
trabalho, causando um aumento da potência aparente para se obter a mesma potência
ativa que seria necessário à locomoção do vagão caso a força de tração fosse aplicada
no mesmo sentido e direção dos trilhos aos trilhos. Esta representa a potência reativa.
Em suma a relação entre a potência ativa e a potência aparente é denominada fator de
potência.
2.1 Estrutura tarifária em vigor
Para um melhor entendimento quanto aos passos para a implantação de
um sistema de gerenciamento de energia elétrica, apresentamos a seguir os conceitos
relacionados à estrutura tarifária do consumo de energia elétrica atualmente em vigor no
Brasil. De acordo com a tensão de fornecimento os consumidores são divididos em:
6
a) Consumidores do grupo A (Alta Tensão): Consiste dos consumidores ligados em
tensões iguais ou superiores a 2,3KV, subdivididos em:
•
Subgrupo A1: 230KV ou mais
•
Subgrupo A2: 88KV a 138KV
•
Subgrupo A3: 69KV
•
Subgrupo A3a: 30KV a 44KV
•
Subgrupo A4: 2,3KV a 25KV
•
Subgrupo AS: Subterrâneo (Redes elétricas subterrâneas)
b) Consumidores do grupo B (Baixa Tensão): Consiste dos consumidores ligados em
tensão inferior a 2,3KV (110V, 220V e 440V), subdivididos em:
•
Subgrupo B1: Residencial e Residencial de Baixa Renda
•
Subgrupo B2: Rural, Cooperativa de Eletrificação Rural e Serviço Público de
Irrigação
•
Subgrupo B3: Demais Classes
•
Subgrupo B4: Iluminação Pública
A Figura 2.3 permite a visualização da classificação dos consumidores de acordo com
as respectivas tensões de recebimento.
FIGURA 2.4 – Classificação dos consumidores
FONTE: CCK, 2006
7
Este trabalho é direcionado para os consumidores do Grupo A, que estão
sujeitos a modalidades tarifárias horo-sazonal. Esta modalidade tarifária caracteriza-se
pela aplicação de tarifas diferenciadas considerando consumo de energia elétrica e
demanda de potência de acordo com o horário de utilização e dos períodos do ano. Esta
modalidade compreende as tarifas convencional, verde e azul.
As tarifas verde e azul contemplam a utilização dos conceitos
apresentados a seguir:
a) Horário de ponta: corresponde ao intervalo de 3 (três) horas diárias consecutivas,
definido pela concessionária, de segunda à sexta feira.
b) Horário fora de ponta: corresponde às horas complementares ao horário de ponta,
acrescido do total de horas dos sábados e domingos e feriados nacionais. Este horário
está dividido entre o período indutivo, quando o consumidor de energia não pode ter o
fator de potência capacitivo e período capacitivo, quando o consumidor não pode ter o
fator de potência indutivo.
c) Demanda medida: é a média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao
sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora,
durante um intervalo de tempo especificado. Assim, esta potência média, expressa em
quilowatts (kW), pode ser calculada dividindo-se a energia elétrica absorvida pela
carga, num determinado intervalo de tempo, por este intervalo de tempo. Os medidores
instalados no Brasil operam com intervalo de tempo igual à 15 minutos.
d) Demanda contratada: é valor de demanda a ser obrigatória e continuamente
disponibilizada pela concessionária, continuamente, sendo o valor e período de vigência
estabelecido em contrato. Este valor, que é contratado pelo consumidor, deverá ser pago
à concessionária, independentemente de sua utilização.
e) Tolerância da Demanda Medida: trata-se de um porcentual sobre a demanda
contratada que varia de acordo com o a tensão de fornecimento. Uma vez superado este
valor, o consumidor paga a tarifa de ultrapassagem em toda a parcela que exceder a
demanda contratada.
8
f) Período Seco: compreende o intervalo de 7 meses consecutivos, correspondentes aos
fornecimentos determinados pelas leituras dos meses de Maio a Novembro de cada ano.
g) Período Úmido: compreende o intervalo de 5 meses consecutivos, correspondente
aos fornecimentos determinados pelas leituras dos meses de Dezembro de um ano a
Abril do ano seguinte.
2.1.1. Tarifa Azul
Esta modalidade tarifária tem aplicação compulsória para as unidades
consumidoras atendidas em tensão igual ou superior a 69KV (A1, A2 e A3), sendo
opcional para demais consumidores. Exige um contrato específico entre a distribuidora
de energia e o consumidor onde, destacam-se as seguintes cláusulas:
•
Dois valores de demanda contratada (KW), um para o segmento de ponta e o
outro para o segmento fora de ponta;
•
Para cada posto horário, é aplicado uma tarifa diferente, sendo a tarifa de ponta
da ordem de 3 vezes o valor da tarifa fora de ponta;
•
Dentro do período de faturamento, a demanda faturável será o maior dentre a
demanda contratada e a demanda medida em cada posto horário;
•
São aplicadas tarifas diferentes para o período de ponta e fora de ponta em caso
de ultrapassagem da demanda contratada;
•
Embora não seja explícita, a Resolução 456 da ANEEL permite que sejam
contratados dois valores diferentes de demanda, um para o período seco e outro
para o período úmido;
Para o consumo de energia (kWh), existem tarifas com preços diferentes para os
períodos de:
•
Período de ponta úmida (PU)
•
Período fora de ponta úmida (FPU)
•
Período de ponta seca (PS)
•
Período fora de ponta seca (FPS)
9
2.1.2. Tarifa Verde
Esta modalidade tarifária só pode ser aplicada a unidades consumidoras
atendidas em tensão inferior a 69KV (A3a, A4 e AS), sendo necessário um contrato
específico, com as seguintes características:
•
Um único valor de demanda contratada (KW), independente do posto horário
(ponta ou fora de ponta), sendo aplicada uma única tarifa para esta demanda;
•
Dentro do período de faturamento, a demanda faturável será o maior valor
dentre a demanda contratada e a demanda medida;
•
Um único valor de tarifa para o caso de ultrapassagem de demanda;
•
Embora não seja explícita, a Resolução 456 da ANEEL permite que sejam
contratados dois valores diferentes de demanda, um para o período seco e outro
para o período úmido;
•
Para o consumo de energia (kWh), existem tarifas com preços diferentes para os
períodos de:
•
Período de ponta úmida (PU)
•
Período fora de ponta úmida (FPU)
•
Período ponta seca (PS)
•
Período fora de ponta seca (FPS)
É importante considerar que será aplicada de maneira compulsória a
estrutura tarifária horo-sazonal, com aplicação da Tarifa Azul ou Verde se houver opção
do consumidor, para as unidades consumidoras atendidas pelo sistema elétrico
interligado e com tensão de fornecimento inferior a 69 kV, quando a unidade
consumidora faturada na estrutura tarifária convencional houver apresentado, nos
últimos 11 (onze) ciclos de faturamento, 3 (três) registros consecutivos ou 6 (seis)
alternados de demandas medidas iguais ou superiores a 300kW.
10
CAPÍTULO 3
3 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA INDÚSTRIA
A desinformação ainda prevalece, principalmente, nas empresas
consideradas pequenas – “entre aspas”. Segundo o engenheiro Maurício Suppa, muitas
indústrias não sabem sequer ler a sua conta, o quanto é gasto, o quanto pode se
economizar. Com relação aos detalhes da conta de energia, o consumidor deve procurar
a própria concessionária que lhe dará todas as informações necessárias, lembrando que
para estes consumidores a fatura é binômia, constando consumo (kWh) e demanda
(kW). Uma vez que a demanda de seus principais clientes não seja ultrapassada, a
concessionária também não terá que aumentar sua própria demanda. Trata-se de um
benefício de mão dupla: de um lado a concessionária quer vender o máximo do que gera
ou compra, e de outro o consumidor quer aproveitar ao máximo daquilo que paga.
(CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO, 2001).
Existe uma demanda mínima que é paga mesmo não fazendo uso. Uma
vez acertado isso entre a concessionária e seus principais clientes, esta terá o Fator de
Carga ótimo também. Não é só uma questão do ponto de vista do consumidor final, mas
sim de quem está fornecendo para ele.
Suppa garante que um controlador de demanda é realmente útil para
consumidores que devem ou possam opcionalmente ser enquadrados na Tarifa HoroSazonal (THS). A opção para quem não é obrigado pela legislação se torna interessante
quando a unidade consumidora pode controlar, ou seja, deslocar o consumo e/ou
demanda no horário de ponta, se beneficiando das tarifas mais baixas no horário fora de
ponta, sugere Suppa. Caso contrário a tarifa deverá ser convencional mesmo a tarifa de
consumo sendo maior que a tarifa de consumo fora de ponta na THS (CONTROLE E
INSTRUMENTAÇÃO, 2001).
A existência de multas por ultrapassagem da demanda contratada, bem
como o fator de carga, deve ser verificada por empresas já tarifadas na modalidade
THS. Neste caso, os consumidores podem contar com uma solução simples e barata: o
controlador de demanda. Mesmo não havendo multas a unidade consumidora pode estar
operando com um baixo fator de carga, o que significa estar pagando por uma energia
não utilizada. Neste caso o uso de um controlador de demanda também seria justificado,
11
pois com esta ferramenta a unidade consumidora poderia diminuir os valores
contratados junto à concessionária sem riscos de multa.
Um primeiro passo seria verificar se as demandas contratadas não foram
subestimadas nem superestimadas. Muitos consumidores sujeitos, constantemente, a
faturas elevadas por ultrapassagem dos valores contratados recorrem a uma atitude de
certa forma confortável que seria a elevação do valor contratado de demanda,
principalmente no período de ponta. Isso pode de certa forma evitar as multas por
ultrapassagem, mas não incorrerá numa diminuição dos custos, uma vez que estes
consumidores continuarão pagando por aquele valor mínimo de contrato, agora
majorado.
A forma correta de se verificar se as demandas contratadas estão dentro
da realidade é através de representação gráfica dos perfis diários das demandas, pois a
partir destes poderão ser identificados os períodos críticos, permitindo primeiro um
rearranjo das cargas indutivas e com isto, sendo necessário realizar um novo contrato de
demanda. Outra ferramenta a ser utilizada para análise dos valores contratados é a
simulação e cálculo da demanda ideal.
Ao se estabelecer os valores de contrato mais adequados para as
demandas, entra em cena o controlador de demanda. Trata-se de um equipamento
eletrônico – um PC ou um CLP – que tem como objetivo principal manter a demanda
do consumidor o mais próximo possível dos valores contratados, mas evitando qualquer
tipo de ultrapassagem em relação aos mesmos. Com isto o consumidor paga apenas pela
demanda que é usada, sem desperdício. O princípio é a medição, sendo que esta
informação deverá vir do medidor instalado pela concessionária. Lá estão os sinais de
controle, além das variáveis a serem controladas, liberados através da solicitação padrão
junto à concessionária.
Baseando nestas informações, o equipamento toma decisões de quando
atuar sobre as cargas passíveis de serem controladas dentro de cada período de
integração. Atualmente os contratos para fornecimento de energia firme possuem
duração de no mínimo 1 ano, podendo ser realizados contratos para energia temporária a
curto prazo para consumidores com elevada demanda contratada.
Caso não haja tendência de ultrapassagem de demanda, o controlador não
atuará. Mas caso contrário ele poderá atuar e, quando a demanda diminuir, ele terá que
repor (liberar para uso) de forma automática as cargas antes retiradas. O custo de
12
instalação de um controlador de demanda irá depender do segmento de atuação da
unidade consumidora e do porte da instalação. Deve-se também calcular a relação
custo/benefício obtendo-se o pay-back do investimento a ser realizado, o qual pode
variar de 1 mês a 1 ano, segundo Suppa(CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO, 2001).
Além do custo do controlador de demanda, nesse cálculo deverá ser
levado em consideração o custo de instalação elétrica, com a passagem de cabos para os
quadros de comandos de cargas, comunicação, medição, entre outros.
3.1 Controladores de demanda
Os controladores existentes no mercado possuem as mesmas finalidades
básica de impedir que o usuário ultrapasse a demanda contratada ou até mesmo reduzir
a sua demanda e podem ser divididos em dois grupos:
•
Convencionais
•
Inteligentes
Um controlador de demanda convencional poderá atuar de forma
prematura ou intermitente dentro do intervalo de integração, pois utiliza medição por
média móvel e controle por níveis (on/off) ou, ainda, por controle de projeção simples.
Um controlador de demanda inteligente posterga ao máximo sua atuação dando
oportunidade para a demanda cair naturalmente, pois se baseia num método de medição
preditivo mais elaborado.
O consumidor de energia elétrica deseja um automatismo que não apenas
evite multas por ultrapassagem de demanda, mas que proporcione um controle justo, ou
seja corte e reposição de cargas no tempo certo, possibilitando a diminuição da demanda
contratada sem traumas na produção. Controladores de demanda que controlam por
níveis são limitados na transição de fora de ponta para ponta, e vice-versa, prejudicando
o consumidor.
A maioria dos controladores de demanda em todo mundo atua sobre os
equipamentos enxergando-os como cargas elétricas apenas, quando deveriam
“enxergar” as restrições de processo ou operacionais atreladas a estes equipamentos,
escolhendo aqueles que estiverem mais aptos a serem atuados e ainda evitando a
ultrapassagem da demanda. Este é o caso de um controlador de demanda dito inteligente
13
em comparação ao controlador de demanda dito convencional que só enxerga a parte
elétrica. “Se nada for desta forma é compreensível que o consumidor mantenha o
controle de sua demanda em manual”, sustenta o diretor da Gestal (CONTROLE E
INSTRUMENTAÇÃO, 2001).
Um controlador de demanda denominado adaptativo é aquele que
justamente se adapta às condições do processo. Através de um conceito de inteligência,
antes de atuar sobre determinado equipamento, vai analisar se as atuais condições do
processo são pertinentes, caso negativo, repete o processo em outra carga/equipamento
e, assim, sucessivamente. Ou seja, pode estabelecer as prioridades dinamicamente,
enquanto que nos convencionais as prioridades são fixas – atua na carga
independentemente
do
seu
estado,
penalizando
sempre
aquele
determinado
equipamento.
Conclui-se, portanto, que um controlador de demanda não deve retirar
cargas de forma prematura ou irresponsável e sim esperar o momento certo para agir,
mantendo o suprimento de energia o mais próximo possível do exigido pelo processo
produtivo.
3.2 Cargas a serem monitoradas
As cargas serem controladas dependerão principalmente de dois fatores:
•
Segmento de atuação da unidade consumidora
•
Restrições operacionais de cada equipamento
O segmento de atuação da unidade consumidora determina o modo de
produção e os tipos de equipamentos ou cargas envolvidos. Produção em batelada
possui mais cargas candidatas para controle enquanto que produção contínua já dificulta
esta escolha.
As cargas de utilidades, que são aquelas que menos interferem no
processo devem ser retiradas primeiramente. Caso as mesmas não sejam suficientes
deve-se partir para os equipamentos de processo, respeitando as restrições operacionais
ou o próprio processo, o que somente é possível com controladores de demanda
“inteligentes”. Buscar informações em empresas de mesma atividade que já possuam
um controlador de demanda pode ser um caminho interessante. Outra opção são as
14
empresas de consultorias especializadas na área.
Uma maneira interessante de se selecionar as cargas a serem retiradas
consiste em obter a chamada demanda máxima na prática que seria a potência total
instalada na unidade multiplicada pelo chamado fator de demanda que varia conforme a
atividade da empresa, entre 0,3 e 0,6. Isto reflete a simultaneidade de cargas ligadas. A
mínima carga de controle será, portanto, esta demanda menos o valor demanda de
controle a qual deverá ser igual ou menor que a demanda de contrato mais a tolerância.
Sem esquecer que existe uma demanda fixa mínima para manter a instalação além das
cargas críticas que dificilmente poderão ser atuadas. A princípio não existem cargas não
controláveis, pois existirá sempre um período no qual ela poderá ser atuada sem
prejuízo ou do processo ou de si própria. Cabe ao controlador de demanda ser capaz de
detectar este período, e atuar quando necessário.
Os fornecedores de controladores podem ser divididos em duas
categorias: num grupo as empresas especializadas em ferramentas para controle e
qualidade de energia e, no outro, as de soluções globais de automação industrial e
controle de processos. O que justifica a adoção de sistemas automatizados continua
sendo o retorno proporcionado pelos mesmos no “chão de fábrica/prédio”, onde
encontram as reais oportunidades de economia, sem perda de produtividade ou conforto.
É importante lembrar também que para monitorar a energia é preciso ter
a Curva de Carga. A partir daí é que se dimensionam as reais necessidades. Essa Curva
registra o uso da energia para determinar o fator de carga e identificar os picos de
demanda.
O gerenciamento da energia inclui a monitoração do consumo e da
qualidade da energia elétrica, registrando e estabelecendo tendências que permitem
alarmes e providências quanto a geração de harmônicas, fator de potência e quaisquer
outros eventos no sistema de distribuição. No caso das variações de tensão, um bom
monitoramento pode evitar danos nos equipamentos da empresa, quando elas acontecem
dentro da planta, mas também evitar um colapso na distribuição local, no caso de
variações externas.
Automação do sistema de monitoramento é importante também quando é
necessário o chaveamento de forma sincronizada por área. O controle do sistema de
potência deve garantir a qualidade da energia e a eficiência do sistema elétrico através
15
de geradores, ajuste dos taps de transformadores, seletividade de cargas, bancos de
capacitores e filtros de harmônicas.
16
CAPÍTULO 4
4 GERENCIAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA
O interesse pelo gerenciamento de energia é incentivado por basicamente
dois motivos: a possibilidade de redução dos gastos com energia elétrica e a
monitoração sistemática da qualidade da energia que a unidade consumidora monitorada
recebe.
A atração pela diminuição dos gastos com energia elétrica é resultado da
supervisão em tempo real do fluxo de energia da unidade consumidora. Com os dados
reais sobre o perfil de consumo da unidade ao longo de um período determinado, é
possível controlar o consumo, demanda e fator de potência, afim de evitar o pagamento
de multas, minimizar desperdícios e avaliar com que eficiência a energia elétrica está
sendo usada.
Além disso, com o propósito de assegurar o pleno e bom desempenho de
equipamentos instalados na unidade, parâmetros de qualidade de energia são
supervisionados, de forma que nenhum equipamento sofra danos devido a
irregularidade desses parâmetros (ENGECOMP, 2006).
Outro fator que tem incentivado o gerenciamento de energia foi a crise
do setor elétrico pela qual o pais atravessou no ano de 2001. Mesmo que essa crise
tenha sido superada, ela teve como efeito colateral a conscientização dos consumidores
de que energia é um bem valioso e que é preciso dispensar considerável atenção sobre a
mesma.
Os sistemas de monitoração devem atender a certos requisitos, tais como:
serem baseados em uma plataforma robusta e avançada, permitirem a integração de
protocolos, tecnologias e dispositivos.
É importante mencionar que nem todos os consumidores possuem
sistema de monitoração adequado. A falta de conhecimento dos parâmetros monitorados
e dos efeitos causados pelos desvios dos atributos da qualidade da energia elétrica é
conseqüência da relação custo/benefício já que o investimento para a implantação de um
sistema de multimedição digital é elevado.
17
Os sinais básicos que são monitorados em uma rede elétrica são tensão e
corrente. A aquisição desses sinais é feita através de transdutores de tensão e corrente,
empregando-se transformadores de potencial ou de corrente.
Alguns aspectos são importantes para avaliar sistemas de gerenciamento, tais como:
•
tipo do programa, se ele é proprietário ou aberto;
•
meio físico que os dados vão tramitar;
•
tipo de comunicação, capacidade de memória, etc.
4.1 Tipo de programa
Quanto ao programa específico do sistema de monitoração e
gerenciamento de energia elétrica, de um modo geral, em cada sistema os equipamentos
do fabricante vêm acompanhados do programa específico do próprio fabricante. Caso
seja um programa “proprietário” (não aberto) o consumidor fica pessoalmente
impossibilitado de adaptar o referido programa às suas necessidades. Isto só será
realizado pela contratação do próprio fabricante e limitado às condições que este definir
ao consumidor. No entanto, para o programa aberto, uma flexibilidade nas
configurações para diversas aplicações e a presença de características que permitam a
adição ou redução de funções e de capacidade de processamento, de acordo com as
necessidades da aplicação oferecem ao usuário a liberdade de desenvolver seu programa
específico ou modificar o do fabricante (MARTE, 1995).
4.2 Meio de transmissão
Existem duas formas de transmissão de dados: através de canal
telefônico, via modem, e através de fibra ótica ou par metálico. A primeira forma é
indicada para locais afastados em longas distâncias do ponto de recepção. A segunda
forma é recomendada para locais afastados em longas distâncias do ponto de recepção.
A segunda forma é recomendada para locais próximos, de até aproximadamente 1.500
metros, com possibilidade de passagem de cabos.
No entanto, a transmissão em fibra ótica para longas distâncias oferece
vantagens como a eliminação de surtos de tensão e induções na linha de transmissão.
18
Quando a fibra ótica é utilizada para a transmissão de sinais, são necessários módulos
conversores metal/fibra e fibra/metal para a reconversão.
Para pontos de pequenas distâncias e dentro dos prédios, a transmissão de
dados pode ser feita em par trançado metálico. Para pontos externos e de grandes
distâncias a transmissão de dados conveniente é em fibra ótica e em seqüência, o acesso
à rede ethernet.
Um dos modos de transmissão de dados é o Serial, que é o modo mais
comum de transmissão, no qual os bits informação são enviados sequencialmente em
um único canal de dados. Dentre esses modos existem a RS – 232 e RS – 485. Dentre as
configurações existem possibilidades de serem formadas com várias conversões e
reconversões entre RS – 232 e RS – 485, fio metálico e fibra, fibra e RS -232 ou RS –
485 e de RS – 485 e ethernet, porém, quanto mais conversões, maiores serão os custos
do sistema bem como mais vulnerável a falhas. A RS – 232 é limitada quanto à
distância e não forma rede com componentes interligado. Elas são recomendadas para
distâncias curtas. É a interface mais comumente utilizada, sendo ideal para a faixa de
transmissão de dados de 0 a 20 kbps e 15,2 m. Já a RS – 485 pode ser utilizada em
aplicações multiponto, em que um computador central controla muitos dispositivos
diferentes, ligados entre si formando uma rede. As transmissões podem ir a longas
distâncias e altas velocidades. Essa rede possibilita a conexão dos equipamentos da
rede, observando o limite total do circuito entre eles de 1200 metros, o que pode
inviabilizar sua formação em caso de pontos de monitoração muito distantes entre si.
Outra forma de transmissão de dados é por canal telefônico, utilizando
para tanto o Modem (Modulator – Demodulator) que é um dispositivo usado para dados
serias digitais de um terminal de transmissão para sinais analógicos para transmissão em
canal telefônico, ou para converter o sinal analógico transmitido a um sinal digital para
ser recebido por um terminal receptor (ALMEIDA, 2002).
4.3 Medidores
Os consumidores de energia são divididos em várias categorias em
função do nível de tensão através do qual são alimentados, do seu perfil de consumo e
da natureza da atividade desenvolvida na instalação. Nos consumidores enquadrados na
tarifação horo-sazonal, as concessionárias utilizam medidores eletrônicos com saídas
19
para o usuário (consumidor). Nos demais consumidores, os sistemas de medição das
concessionárias não possuem qualquer interface para o consumidor. Esta é uma das
razões, dentre outras, que faz com que a grande maioria dos casos de controle de
demanda seja de consumidores enquadrados nesta modalidade tarifária. Nestes casos, as
informações de consumo ativo e reativo, assim como posto tarifário e sincronismo do
intervalo de integração são fornecidas por medidores ou registradores das próprias
concessionárias de energia. Estes medidores são padronizados por norma NBR 14522:
2000 e fornecem as seguintes informações, através de sua saída serial:
1. Número de segundos até o fim do intervalo de demanda ativa atual;
2. Indicador de reposição de demanda (fechamento de fatura);
3. Fim de intervalo de consumo reativo (a cada 1 hora);
4. Indicador de tarifação capacitiva (das 0 as 6 da manhã)
5. Indicador de tarifação indutiva;
6. Segmento horo-sazonal (ponta, fora de ponta ou reservado);
7. Indicador do tipo de tarifa (azul, verde, etc);
8. Indicador de tarifa reativa
9. Número de pulsos da energia ativa desde o início do intervalo atual;
10. Número de pulsos da energia reativa desde o início do intervalo atual.
Os dados disponibilizados pelo medidor da sua saída serial para o usuário
são captados por um registrado de pulso, um coletor de dados que trabalha em protocolo
Modbus. A capacidade de memória do medidor tem influência decisiva para o sistema
implantado. Embora custem mais caro, os sistemas baseados em equipamentos com
capacidade de armazenamento levam nítida vantagem, pois estão imunes aos problemas
de perda de comunicação. Nesse sentido, uma boa alternativa é usar para as
monitorações internas, chamadas “medições setoriais,” os medidores do mesmo tipo dos
medidores da concessionária, que possuem memória, utilizando sua saída RS – 485 ou
RS – 232. Como os medidores eletrônicos têm saídas, RS – 485 ou RS – 232 e pulsos
seriais conforme padrão ABNT, todas em fio metálico, para transmissão de dados em
fibra ótica com a utilização desses medidores há necessidade de conversão de fio
metálico para fibra.
20
4.4 Registradores de pulsos
A cada segundo o medidor eletrônico faz a computação dos dados que
são elaborados conforme a norma NBR 14522: 2000 e, em seguida, com a solicitação
do registrador de pulsos, ocorre o descarregamento dos dados. O registrador de pulsos
guarda as informações no padrão ABNT, não executando nenhum tratamento de dados.
Independentemente do modelo e do fabricante, o registrador de pulsos é compatível
com todos os medidores de energia utilizados por qualquer concessionária do país, uma
vez que todos os medidores seguem a mesma norma ABNT. O registrador de pulsos do
consumidor foi projetado para ser instalado ao lado do medidor de energia elétrica da
concessionária, de forma a ser alimentado pelo mesmo barramento, permitindo assim o
registro das interrupções no fornecimento de energia da concessionária. Porém,
conforme a necessidade, é possível instalar o registrador de pulsos remotamente ao
ponto da medição da concessionária, uma vez que em ambientes livres de interferências
eletromagnéticas podem ser utilizados cabos com centenas de metros para conectar a
entrada do equipamento à tomada óptica do medidor da concessionária. No entanto,
nessa topologia, o registrador de pulsos é alimentado por um ramal secundário que pode
sofrer um desligamento sem necessariamente haver uma interrupção no fornecimento da
concessionária. Nesse caso, além da perda das medições durante o período de
desligamento, os registros de interrupção não seriam validos.
Além da saída serial conforme a norma ABNT, alguns medidores são
fabricados com possibilidades de medição com saídas em RS -232 ou RS – 485 e,
opcionalmente, podem ser utilizados pelos consumidores em medições internas Poucos
fabricantes fornecem medidores eletrônicos, com saídas em ethernet, além de RS -232 e
RS – 485, o que torna o medidor com preço bem mais elevado.
4.5 Medição global de energia
Para os consumidores que estamos tratando, as distribuidoras de energia
utilizam um medidor de energia denominado medidor THS, específico para a
modalidade tarifária horo-sazonal.
Uma das características deste medidor é possuir uma saída denominada
saída do usuário, que é uma saída serial de dados, onde são disponibilizadas as
21
informações de consumo de energia ativa e reativa para o intervalo de 15 minutos
corrente (tempo de medição utilizado para faturamento) separado por posto horário
(ponta e fora de ponta indutivo e fora de ponta capacitivo).
É nesta saída onde, através do isolador ótico (também chamado de
tomada ótica), visualizado pela Figura 4.1, pode ser conectado o Gerenciador de
Energia com funções armazenamento de dados e controle, como veremos adiante.
FIGURA 4.1 – Tomada Ótica
FONTE: CCK, 2006
4.6 Controle de demanda e consumo de energia elétrica
O Gerenciador de energia dispõe de meios automáticos de controle para
intervir, quando da tendência de inadequações dos valores de demanda e de fator de
potência, mantendo-os nos limites fixados nos contratos firmados com as
concessionárias de energia.
O controle de demanda realizado pelo Gerenciador de Energia
geralmente é um sistema de controle a malha fechada com grau de histerese definido
pelo usuário. Além da saída do usuário do medidor de energia da concessionária,
também deverão estar conectadas ao Gerenciador de Energia, cargas previamente
selecionadas e que possam ser comutadas (ligadas/desligadas).
A partir de informações disponibilizadas na saída do usuário do medidor
de energia o Gerenciador de Energia estará, através de algoritmos apropriados,
projetando a demanda de energia elétrica para o final dos do intervalo dos 15 minutos e
realizando as ações de controle conforme a Tabela 4.1.
22
TABELA 4.1 – Controle de demanda
Resultado do algoritmo
Ultrapassagem da demanda contratada
Nível normal de utilização de demanda
contratada
Mal aproveitamento da demanda
contratada
Ação do Gerenciador de Energia
Desligamento de cargas
Repouso
Religamento de cargas
FONTE: CCK, 2006
A esta operação de desligamento/religamento de cargas chamamos de
modulação e tem como objetivo utilizar o máximo da demanda contratada pelo
consumidor junto a distribuidora de energia.
Deve-se observar que todas as operações de modulações de carga
ocorrem dentro de uma janela de tempo de 15 minutos, que é o período de tempo
utilizado pela distribuidora de energia para o faturamento. Em um mês, ocorrem quase
3000 intervalos de 15 minutos e em nenhum destes intervalos, poderá haver
ultrapassagem da demanda contratada pois, para faturamento, será cobrado o maior
valor verificado em todos os intervalos de 15 minutos do mês, tanto para o posto horário
de ponta como para o posto horário fora de ponta.
4.7 Controle do fator de potência
Esta função possui mais de uma forma de implantação:
•
Por meio de controladores de fator de potência discreto (CFP), instalados em
pontos estratégicos da instalação elétrica;
•
Através do Gerenciador de Energia;
•
Conjunta.
Trataremos no presente trabalho do controle realizado de forma análoga a
operação do controle de demanda, sendo que todos os acionamentos são realizados
sobre cargas reativas, mais comumente, sobre banco de capacitores.
Da mesma forma que no controle de demanda, o gerenciador de energia,
a partir das informações obtidas junto á saída do usuário do medidor global de energia,
estará calculando o fator de potência global da instalação elétrica e, com base nestes
cálculos estará tomando as seguintes ações de acordo com a Tabela 4.2:
23
TABELA 4.2 – Controle do fator de potência
Resultado do algoritmo
Fator de potência abaixo do valor
permitido
Fator de potência normal
Fator de potência acima do valor
permitido
Ação do Gerenciador de Energia
Ligamento do banco de capacitores
Repouso
Desligamento do banco de capacitores
FONTE:CCK, 2006
Para o fator de potência, a distribuidora estará observando que, entre as
6:00 horas e 24:00 horas (posto horário indutivo fora de ponta e indutivo ponta), média
horária do fator de potência não poderá ser inferior a 0,92 indutivo enquanto que, no
período entre 0:00 horas e 6:00 horas (posto horário capacitivo fora de ponta), a média
horária do fator de potência não poderá ser superior a 0,92 capacitivo. Em caso de não
cumprimento destas faixas, o consumidor será penalizado com multas de fator de
potência. O sucesso do controle do fator de potência depende basicamente de:
•
Utilização necessária de kVAr’s necessários para a correção do fator de
potência, divididos em diversos estágios de bancos de capacitores;
•
Dimensionamento correto dos diversos estágios destes bancos de capacitores
para, quando ocorrem acionamentos, não ocorrem variações bruscas no valor do
fator de potência, o que poderá ocasionar um número de acionamentos elevado
nos bancos de capacitores;
4.8 Gerenciamento de energia elétrica através de microcomputador
Os softwares de gerenciamento de energia são elaborados de forma a
emitir uma gama de relatórios e gráficos analíticos de utilização de energia elétrica, que
permitirão ao usuário uma visão geral do uso da energia elétrica. Como exemplo de
algumas funções destes softwares podemos citar:
•
Emissão de contas de energia para a contabilidade;
•
Previsão de gastos com energia para os controladores;
•
Gráficos analíticos tais como demanda, fator de potência entre outros de
interesse da Engenharia.
24
Uma função de grande utilidade encontrada em alguns destes softwares é
a criação de um banco de dados de utilização de energia elétrica que permitirá ao seu
usuário, por exemplo, uma análise do contrato de fornecimento de energia com
otimização da demanda através do estudo do perfil registrado como o que está ilustrado
na Figuras 4.2. e 4.3.
FIGURA 1.2 – Demanda diária de energia elétrica e fator de potência
FONTE: CCK, 2006
Tendo por objetivo às reais necessidades da unidade consumidora, estas
informações são analisadas de maneira a eliminar as ocorrências de ultrapassagens e
ociosidades, considerando-se grandezas como:
•
Demanda Contratada
•
Demanda Medida
•
Demanda Faturada
25
FIGURA 4.3 - Análise do perfil de demanda contratada
FONTE: CCK, 2006
Ainda com base nos históricos estes softwares podem simular eventos
futuros tais como impactos no consumo de energia e demanda ocasionados por
ampliações como por exemplo instalações de novos equipamentos e desativações
permitindo ainda ao usuário tomar medidas corretivas, tais como a correção do fator de
potência.
4.9 Qualidade de energia
Energia elétrica é um produto fornecido pelas distribuidoras de energia
elétrica e sua qualidade é verificada através dos seguintes parâmetros:
•
Continuidade de fornecimento, isto é, baixo índice de interrupções, atualmente
medidos pelos índices DIC e FIC da ANEEL de acordo com a resolução N° 456
de 29 de novembro de 2000;
•
Níveis de tensão, isto é, baixo índice de: afundamentos (SAGS), elevações
(SWELLs) e transientes (perturbações), também regulamentados pela resolução
da ANEEL N° 456;
•
Níveis de freqüência: as variações ocorrem quando há sobrecarga no sistema
elétrico;
26
•
Níveis de distorção harmônica de tensão (THD U), isto é, baixo índice de
harmônicos, em ordens e percentuais, compatíveis com o funcionamento normal
de máquinas e equipamentos elétricos e eletrônicos.
Em caso de danos nos equipamentos e máquinas elétricas causadas por
inadequação nestes parâmetros, o consumidor, desde que munido de elementos
probatórios, poderá interpelar judicialmente a concessionária de energia elétrica, através
da caracterização da responsabilidade objetiva por parte da mesma como causadora dos
danos ocorridos em razão de ineficiência no fornecimento de energia elétrica, sendo a
distribuidora, nesses casos, obrigada a ressarcir prejuízos os comprovados.
4.10 Medição setorial de energia
Medição de energia é uma das principais ferramentas do Sistema de
Gerenciamento de Energia Elétrica e uma das chaves do sucesso na implantação do
plano de eficiência energética através da verificação de índices energéticos.
As medições setoriais através dos transdutores possibilitam a obtenção da relação
kWh/unidade de produção onde a otimização deste índice poderá implicar muitas vezes
em
uma
eficientização
também,
no
processo
produtivo,
permitindo
um
acompanhamento total das ações a serem implementadas, e ainda adoções de medidas
corretivas tais como:
•
Dimensionamento de motores (a potência de acordo com a operação);
•
Dimensionamento de transformadores e cabos elétricos;
Em alguns pontos chaves da instalação (ex: transformadores, motores
muito grandes, etc) podem ser implantadas medições de energia não só quantitativas
(kWh), como também qualitativas, onde outros parâmetros elétricos tais como variações
de tensão, corrente de partida de um motor, nível de harmônicas, etc, devem ser
conhecidas para garantir o correto funcionamento de determinados equipamentos. Na
Figura 4.4 apresenta-se o registro do nível de corrente por fase a cada segundo.
27
FIGURA 4.4 - Registro do nível de corrente segundo a segundo
FONTE: CCK, 2006
As medições setoriais, permitem ainda a obtenção de chave de rateio de
consumo, atribuindo a parcela correta de consumo de energia para cada centro de custo,
como ilustrado na Figura 4.5, permitindo ainda que estes dados venham a ser utilizados
em outras áreas como:
•
Controle da mão-de-obra;
•
Integração com Sistema ABC;
FIGURA 4.5 - Rateio do consumo de energia por centro de custo
FONTE: CCK, 2006
28
A conectividade do Sistema de Gerenciamento de Energia permite ainda
que as informações registradas venham a ser compartilhadas com outros sistemas.
29
CAPÍTULO 5
5 SOLUÇOES DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA
5.1 Medidores de energia
Nas Figuras 5.1 e 5.2 apresenta-se um medidor de energia fornecido pela
CCK, já integrado com:
•
Relógio calendário;
•
Memória de massa;
•
Funções de análise de qualidade de energia;
•
Controle de demanda e controle de fator de potência.
Este medidor é utilizado para medição de energia elétrica em sistemas
monofásicos, bifásicos ou trifásicos, com conexão direta a sinais de tensão.
FIGURA 5.1 – Modelo painel do medidor CCK 4500
FONTE: CCK, 2006
FIGURA 5.2 – Modelo fundo de painel do medidor CCK 4500
FONTE: CCK, 2006
30
Na Figura 5.3 apresenta-se um medidor de energia, modelo SAGA 2500,
fabricado pela ESB no Brasil.
FIGURA 5.3 – Modelo medidor SAGA 2500
FONTE: ENGECOMP, 2006
Este medidor comunica com os controladores Engecomp através de redes
RS-485 (protocolo Modbus RTU) e fornece dados relativos a:
•
Leitura das principais grandezas elétricas: tensões, correntes, potências ativas,
potências reativas, potências aparentes, fator de potência, freqüência, energias
ativa e reativa, etc;
•
Display alfa-numérico para leitura das variáveis e diagnóstico de comunicação;
•
Classe de exatidão: 1%;
•
Saída Serial padrão RS-485
Outros fabricantes e ou representantes (ABB, GE, SISTRON) também fornecem
medidores de energia elétrica.
5.2 Gerenciadores de energia
São equipamentos utilizados para controle de demanda, consumo de
energia elétrica e fator de potência. Na Figura 5.4 apresenta-se um controlador modelo
CCK 6700, que possui as seguintes características técnicas:
•
2 entradas para medidores de energia, do tipo normalmente utilizados pelas
concessionárias de energia elétrica, que disponham de saída serial de sinal
(SAGA, ELO, NANSEN, etc);
31
•
8 entradas de pulsos que podem ser utilizadas para receber pulsos proporcionais
ao consumo de energia elétrica, vazão, pressão, temperatura, etc;
•
8 relés incorporados a unidade, com possibilidade de expansão para 128, que
podem ser utilizados para o controle de demanda, controle de fator de potência,
programação horária e acionamentos manuais;
•
Teclado e display que permitem a programação (partida do equipamento) e
visualização local de parâmetros;
•
32 campos de memória de massa;
•
1 saída serial RS 485 para comunicação com o microcomputador (porta de
operação);
•
1 saída serial RS 485 para comunicação com os módulos de acionamento CCK
512 (porta de controle);
•
1 saída serial RS 485 para comunicação com instrumentos de medição Modbus
RTU (Porta de medição);
•
1 porta ETHERNET 10 Mbits/Seg ( Módulo GW opcional);
•
Alimentação de 80 ~ 240 VAC/125 VCC com seleção automática de voltagem;
•
Consumo: 100 VA;
•
Temperatura de operação: 0 a 50° C.
FIGURA 5.4 – Controlador CCK 6700
FONTE: CCK, 2006
Na Figura 5.5 apresenta-se um controlador modelo HX 6000, fornecido
pela ENGECOMP.
32
FIGURA 5.5 – Controlador HX 6000
FONTE: ENGECOMP, 2006
Este controlador é concebido para uso em pequenas empresas (demanda
entre 50 e 300kW) na sua versão básica, e para uso em médias e grandes empresas
(demanda acima de 300 kW) na sua versão completa. As características principais do
controlador HX 6000 são:
•
Interface para medição da concessionária (medidores SAGA, ELO, Spectrum,
MEL, MEP, REP, etc.)
•
Atuação sobre 64 saídas independentes para controle de cargas, capacitores e
alarmes (através de 8 módulos de saídas em rede RS – 485 e usando protocolo
Modbus)
•
Conexão a até 32 medições setoriais usando medidores eletrônicos
•
Simulação de até 14 pontos de medição virtuais ( soma/subtração de medições)
•
Comunicação com software de programação, monitoração e gerenciamento
através de porta serial RS232/485 (protocolo Mobdbus RTU) ou Ethernet
(protocolo Modbus TCP)
•
Completo gerenciamento via WEB
•
Acesso controlado através de cadastro de usuários e senhas.
Outros fabricantes e/ou representantes:
•
ABB
•
Engecomp
•
General Eletric
•
Heading
33
•
Inepar
•
Power Measurement
•
Schneider Eletric
•
Servic Control
•
Sistron
34
CAPÍTULO 6
6 ANÁLISE DAS CONTAS DE ENERGIA ELÉTRICA
A análise das contas de fornecimento permite avaliar as condições gerais
de utilização de energia elétrica pela unidade consumidora, apresentando indicadores
para a racionalização do seu uso. Além disso, o resultado da análise permite que o
contrato de fornecimento com a concessionária torne-se adequado às necessidades da
empresa
consumidora,
podendo
implicar
em
redução
de
despesas
com
eletricidade(ELETROPAULO, 2006).
Antes de iniciar a análise propriamente dita, é importante verificar a
tensão de fornecimento e o tipo de tarifa na qual o consumidor está enquadrado de
acordo com a legislação vigente (Resolução 456 de 29 de novembro de 2000).
Quando o consumidor é atendido em tensão inferior a 2300V, é
classificado como sendo do “Grupo B” (baixa tensão), se a tensão de fornecimento for
maior ou igual a 23000V, será um consumidor do “Grupo A” (alta tensão).
Neste trabalho analisa-se somente as contas dos consumidores do Grupo
A, pois para os consumidores atendidos em baixa tensão (Grupo B), esta análise
resume-se a um acompanhamento mensal do consumo de energia elétrica.
As contas dos consumidores do Grupo A são faturadas pelas estruturas
tarifárias convencional, horo-sazonal azul ou horo-sazonal verde e são classificados em
subgrupos de acordo com a tensão de fornecimento e demanda de potência verificada
por medição, conforme a Tabela 5.1.
TABELA 5.1 – Estrutura tarifária para grupo A
Subgrupos de
Faturamento
Estrutura Tarifária
Convencional
A1 (230Kv ou superior)
Não aplicável
A2 (88kV a 138kV)
Não aplicável
A3 (69kV)
Não aplicável
A3a (30kV A 44kV)
A4(2,3 a 2,5 kV)
AS (subterrâneo)
Opcional para demanda
menor que 300 kW
FONTE: ANEEL, 2006
Estrutura Tarifária
Horo-Sazonal
Verde
Não
aplicável
Não
aplicável
Não
aplicável
Opcional
Azul
Compulsória
Compulsória
Compulsória
Opcional
35
6.1 Análise da demanda
6.1.1
Tarifa Convencional
Com relação à demanda, a legislação vigente estabelece que seja
considerado para efeito de faturamento o maior valor dentre os definidos a seguir:
•
Demanda verificada por medição (demanda registrada);
•
Demanda fixada em contrato de fornecimento.
O contrato de fornecimento estará adequado à unidade consumidora
quando o valor de demanda faturada for igual ou próximo ao valor da demanda
registrada.
6.1.2
Faturamento com tarifas de ultrapassagem
A tolerância de ultrapassagem nesta modalidade tarifária é de 10%, ou
seja, havendo ultrapassagem da demanda contratada em até 10%não é cobrada multa
por ultrapassagem e será cobrada a demanda registrada somente.
Quando a demanda registrada exceder em mais de 10% a demanda
contratada, o faturamento, será feito pela demanda registrada, com acréscimo de uma
tarifa de ultrapassagem sobre a demanda excedente à contratada.
Caso o valor da demanda faturada for sistematicamente superior à
demanda registrada, ou seja, sempre igual demanda contratada, deve-se analisar a
possibilidade de ajuste no contrato recorrendo em primeira instância à concessionária
solicitando um auxílio para a normalização desta situação.
6.1.3
Tarifa Horo-sazonal
A legislação vigente prevê que, assim como na tarifa convencional, seja
considerado para efeito de faturamento os maiores valores de demanda por segemento
horário, conforme segue:
•
Quando a demanda registrada for inferior à demanda contratada o faturamento
será feito pela demanda contratada em cada segmento horário.
36
•
Quando a demanda registrada for superior à demanda contratada o faturamento
será feito pela demanda registrada em cada segmento horário.
6.1.4
•
Faturamento com tarifas de ultrapassagem
Para as unidades consumidoras atendidas em tensão igual ou superior a 69 kV,
quando a demanda registrada exceder em mais de 5% a demanda contratada.
•
Para as unidades consumidoras atendidas em tensão inferior a 69 kV, quando a
demanda registrada exceder em mais de 10% a demanda contratada.
Quando as demandas faturadas nos segmentos horo-sazonais forem
iguais aos valores das demandas registradas, a unidade consumidora estará com os
montantes contratados adequados.
6.2 Fator de carga
O fator de carga é um índice que reflete o regime de funcionamento de
uma da instalação.
Um fator de carga elevado, próximo à unidade, indica que as cargas
elétricas foram bem distribuídas ao longo do tempo. Por outro lado, um fator de carga
baixo indica que houve concentração de consumo de energia elétrica em um curto
período de tempo, causando uma demanda elevada.
Deve-se ter em mente, entretanto, que dependendo da característica de
funcionamento da unidade consumidora, existirá sempre um limite superior para o fator
de carga, seja pela característica própria dos equipamentos ou processos, como também
pelo período de funcionamento.
Para melhorar o fator de carga, deve-se adotar um sistema de
gerenciamento do uso da energia procurando-se deslocar cargas que contribuem para
formação de picos, para os horários de menor demanda de potência (vales).
Nas tarifas convencional e horo-sazonal verde o fator de carga é único, já
que existe somente um único registro de demanda de energia, enquanto que para a tarifa
horo-sazonal azul haverá dois fatores de carga, um para o horário da ponta e outro para
fora de ponta.
37
A análise do fator de carga além de mostrar se a energia está sendo
utilizada de modo racional, leva a uma conclusão importante para definir o tipo de tarifa
mais adequada para a instalação. Um fator de carga elevado no horário de ponta indica
que a tarifa horo-sazonal azul poderá ser mais adequada quando comparada à tarifa
horo-sazonal verde, justificando uma análise mais pormenorizada.
6.2.1
Cálculo do fator de carga
a) Tarifa Azul
Fator de carga na ponta
FC P =
kWh p
kW p × 66
(6.1)
onde, FCP é o fator de carga na ponta, kWhP é o consumo registrado na ponta, kWP é a
demanda na ponta e 66 corresponde ao número de horas de ponta de um mês médio.
Fator de carga fora de ponta
FC FP =
kWhFP
kW FP × 664
(6.2)
.
onde, FCFP é o fator de carga fora de ponta, kWhFP é o consumo registrado fora de ponta,
kWFP é a demanda registrada fora de ponta e 664 corresponde ao número de horas fora
de ponta de um mês médio.
b) Tarifa Verde
FC =
kWh P + kWh FP
kW × 730
(6.3)
38
onde, FC é o fator de carga, kW é a demanda registrada, kWhFP é o consumo registrado
fora de ponta, kWhP é o consumo registrado na ponta e 730 corresponde ao número de
horas mês médio.
c) Tarifa Convencional
FC =
kWh
kW × 730
(6.4)
.
onde, FC é o fator de carga, kW é a demanda registrada, kWh é o consumo registrado no
mês e 730 corresponde ao número de horas mês médio.
É importante observar que se pode trabalhar ainda com dois tipos de
fatores de carga no tocante à demanda adotada para cálculo. Adotando-se a demanda
faturada para o cálculo obtém-se o fator de carga de faturamento, apropriado para o
cálculo do preço médio da energia elétrica. Por outro lado pode-se adotar a demanda
registrada para o cálculo, neste caso o fator de carga refletirá com mais exatidão o perfil
de utilização de energia da unidade consumidora.
6.3 Fator de potência
O fator de potência reflete a proporção entre a energia ativa e reativa,
numa instalação elétrica.
Durante seis horas consecutivas, compreendidas entre 23h30 e 6h30,
definidas a critério da concessionária, o excedente de energia reativa capacitiva será
passível de cobrança, enquanto no horário complementar a estas horas o consumidor
pagará pela energia reativa indutiva excedente.
Para não pagar por este excedente, a unidade consumidora deve manter o fator de
potência durante todo o tempo em 0,92 no mínimo, indutivo ou capacitivo de acordo
com o período do dia.
O faturamento da energia e demanda reativa excedente, quando o fator de
potência verificado na unidade consumidora for inferior a 0,92 é realizado de acordo
com a legislação do fator de potência prevista de acordo com a ANEEL na resolução
456.
39
6.4 Legislação do fator de potência
De acordo com a resolução número 456, de 29 de novembro de 2000 é
estabelecido no artigo 64 que o fator de potência de referência “fr”, indutivo ou
capacitivo terá como limite mínimo permitido, para as instalações elétricas das unidades
consumidoras, o valor de fr = 0,92.
Além disso no artigo 65 tem-se que para cada unidade consumidora faturada
na estrutura tarifária horo-sazonal ou na estrutura tarifária convencional com medição
apropriada, o faturamento correspondente ao consumo de energia elétrica e à demanda
de potência reativas excedentes, será calculado de acordo com as seguintes fórmulas:
n ⎡
⎞⎤
⎛ fr
FER( p ) = ∑ ⎢CAt ⎜⎜ − 1⎟⎟⎥ × TCA( p )
t =1 ⎣
⎠⎦
⎝ ft
(6.5)
onde, FER(p) é o valor do faturamento, por posto horário “p”, correspondente ao
consumo de energia reativa excedente à quantidade permitida pelo fator de potência de
referência “fr”, no período de faturamento, CAt é o consumo de energia ativa medida
em cada intervalo de 1 (uma) hora “t”, durante o período de faturamento, fr é o fator de
potência de referência igual a 0,92, ft é o fator de potência da unidade consumidora,
calculado em cada intervalo “t”de 1 (uma) hora, durante o período de faturamento,
observadas as definições dispostas nas alíneas “a” e “b”, do § 1º deste artigo e TCA(p)
corresponde a tarifa de energia ativa, aplicável ao fornecimento em cada posto horário
“p”;
⎡ n ⎛
⎤
fr ⎞
FDR( p ) = ⎢ MAX ⎜⎜ DAt × ⎟⎟ − DF ( p)⎥ × TDA( p)
t =1
ft ⎠
⎝
⎣
⎦
(6.6)
onde, FDR(p) é o valor do faturamento, por posto horário “p”, correspondente à
demanda de potência reativa excedente à quantidade permitida pelo fator de potência de
referência “fr” no período de faturamento, DAt é a demanda medida no intervalo de
integralização de 1 (uma) hora “t”, durante o período de faturamento, DF(p) é a
demanda faturável em cada posto horário “p” no período de faturamento, TDA(p) é a
tarifa de demanda de potência ativa aplicável ao fornecimento em cada posto horário
40
“p”, MAX corresponde a função que identifica o valor máximo da fórmula, dentro dos
parênteses correspondentes, em cada posto horário “p”, t indica intervalo de 1 (uma)
hora, no período de faturamento, p indica posto horário, ponta ou fora de ponta, para as
tarifas horo-sazonais ou período de faturamento para a tarifa convencional; e n indica o
número de intervalos de integralização “t”, por posto horário “p”, no período de
faturamento.
Deve-se observar nas equações (6.5) e (6.6)
i) FER(p) e FDR(p) serão considerados:
a) durante o período o período de 6 horas consecutivas, compreendido, a critério da
concessionária, entre 23h e 30min e 06h e 30min, apenas os fatores de potência
“ft” inferiores a 0,92 capacitivo, verificados em cada intervalo de 1(uma) hora
“t”.
b) durante o período diário complementar ao definido na alínea anterior, apenas os
fatores de potência “ft” inferiores a 0,92 indutivo, verificados em cada intervalo
de 1 (uma) hora “t”.
ii) O período de 6 (seis) horas definidos na alínea “a”do parágrafo anterior deverá ser
informado pela concessionária aos respectivos consumidores com antecedência mínima
1 (um) ciclo completo de faturamento.
41
CAPÍTULO 7
7 ANÁLISE ECONÔMICA DAS SOBRETAXAS DE EXCEDENTE REATIVO
Analisando-se as expressões utilizadas para se efetuar o cálculo de
excedente reativo podemos obter uma relação entre o faturamento do consumo de
energia reativa (FER) e o consumo da demanda de potência reativa (FDR),
desenvolvido no capítulo 5.
Está claro que ambas sobretaxas acontecem quando o fator de potência
medido encontra-se abaixo de 0,92 o que gera o excesso de reativo além daquele
permitido pela concessionária.
Estando o fator de potência medido abaixo de 0,92 deve-se tomar as
medidas cabíveis para que o mesmo retorne ao limite permitido, no entanto se isso não é
possível por motivos técnicos, indiscutivelmente paga-se pelo excesso do consumo de
energia reativa.
Porém pode-se por meio da redução da potência ativa tornar menos
onerosa a sobretaxa por excesso de consumo de demanda de potência reativa (FDR).
Surge então a oportunidade de tornar até mesmo vantajoso,
economicamente, o pagamento deste excedente de reativo, visto que alterações
contratuais entre concessionária e consumidor em determinados casos são demoradas
além de realmente não compensarem.
Apresenta-se a seguir algumas situações que podem ocorrer na prática e
em seguida fazer alguns comentários de cada uma delas.
7.1 Fator de Potência ≥ 0,92 e Demanda Ativa ≤ à Demanda Contratada
A tela mostrada na Figura 7.1 ilustra esta situação:
FIGURA 7.1 – Entrada de parâmetros
42
Neste caso observa-se um fator de potência igual a 0,92 e a demanda
medida em seu limite máximo. Nesta situação estamos trabalhando dentro dos padrões
estabelecidos de fator de potência e demanda ativa de acordo com o contrato entre a
concessionária e o consumidor de energia elétrica. Deste modo temos uma situação
considerada normal, conforme ilustrado na Figura 7.2.
FIGURA 7.2 – Resultados das sobretaxas e potência sugerida
Observa-se então que trabalhando com os parâmetros em seus estados
normais não teremos a cobrança de sobretaxas por excedente de reativo.
7.2 Fator de Potência ≤ 0,92 e Demanda Ativa ≤ à Demanda Contratada
Na Figura 7.3 apresenta-se um exemplo desta condição operacional.
FIGURA 7.3 – Entrada de parâmetros
43
Neste caso, ao trabalharmos com um fator de potência abaixo do
recomendado, produz-se um excesso de energia reativa e mesmo estando com a
demanda medida em conformidade com o preestabelecido em contrato com a
concessionária de energia elétrica, surgem as penalizações devido ao baixo fator de
potência. Na Figura 7.4 contempla-se a análise desta situação, com uma multa total a ser
paga no valor de R$11.230,07 por hora.
FIGURA 7.4 – Resultado do cálculo das sobretaxas e potência sugerida
Portanto torna-se muito oneroso trabalhar com estes padrões de fator de
potência e demanda ativa, igual ao valor contratado. Supondo-se que todas as medidas
para se elevarem o fator de potência tenham sido esgotadas, a alternativa será reduzir a
demanda ativa. Surge então a oportunidade de negócios através da redução da potência
ativa de acordo com o fator de potência medido.
Reduzindo-se, por exemplo, a potência ativa para 33000kW e mantendose o fator de potência em 0,85 para uma demanda contratada de 35000kW obtemos uma
redução expressiva no valor do FDR, conforme resultado apresentado na Figura 7.5,
onde se observa um total a pagar no valor de R$2.929,81. Esta é uma alternativa
interessante porque permite reduzir o valor a pagar sem comprometer muito a produção.
44
FIGURA 7.5 – Resultados do cálculo das sobretaxas e potência sugerida
Finalmente simula-se uma situação em que se faz a opção por não pagar
pelo excesso de demanda de potência reativa (FDR), o que proporciona uma perda mais
acentuada da produção, porém de maneira “planejada”. Nas Figuras 7.6 e 7.7 ilustramse estes exemplos.
FIGURA 7.6 – Entrada de parâmetros
FIGURA 7.7 – Resultados do cálculo das sobretaxas e potência sugerida
45
Para esta situação tem-se que para um fator de potência igual a 0,90 e
uma demanda contratada de 35000kW a potência ativa ideal recomendada é de
34239,13kW, trabalhando-se então neste nível de potência ativa consegue-se isentar do
pagamento de FDR. Nas Figuras 7.8 e 7.9 mostram-se que o valor a pagar é decorrente
apenas do fator de potência inferior a 0.92.
FIGURA 7.8 – Entrada de parâmetros
FIGURA 7.9 – Resultados do cálculo das sobretaxas e potência sugerida
46
CAPÍTULO 8
8 SIMULAÇÕES E RESULTADOS
Apresenta-se o resultado da simulação da atuação de um controlador. O
software foi desenvolvido em linguagem programação Delphi e simula situações em
que se tem um fator de potência medido abaixo da referência (0,92), com o objetivo de
não ser sobretaxado pelo excesso de demanda de potência reativa. O controlador reduz a
potência ativa instantânea de modo a anular a multa por FDR. Foi incluído neste
software a geração de um histórico com a geração de alguns dados que podem ser
posteriormente analisados pela Engenharia da empresa a fim de se chegar às causas da
queda do fator de potência e consequentemente tomar medidas preventivas adequadas.
8.1 Caso 1 – Demanda contratada de 40000 kW, fator de potência normal e demanda
instantânea máxima
Percebe-se por meio da interface do simulador, apresentada na Figura 8.1
que estamos em uma situação normal, com o fator de potência maior ou igual o valor de
referência (≥ 0,92) e, portanto o controlador permanece em “repouso”. Este fato pode
ser constatado verificando-se no lado esquerdo da Figura 8.1 que nenhuma ação foi
tomada pelo controlador visto que todos os parâmetros a serem controladas se
encontram em níveis normais e consequentemente tem-se um valor de multa instantânea
igual a zero.
FIGURA 8.1 – Interface do simulador
47
8.2 Caso 2 – Demanda contratada de 40000 kW, fator de potência abaixo da referência
Nesta situação, ocorre a incidência de uma multa pelo excesso de
demanda de potência reativa devido ao baixo fator de potência. Entretanto depois da
atuação do controlador o valor total desta multa é reduzido com o redimensionamento
da demanda de potência ativa (demanda instantânea), de acordo com as prioridades préestabelecidas de cargas a serem retiradas. Na Figura 8.2 apresenta-se a atuação do
controlador, bem como apresenta a geração de um histórico constando data, hora, e
porcentagem da multa a ser paga e a redução da demanda ativa.
FIGURA 8.2 – Atuação do controlador com a geração de histórico
Constata-se por meio da Figura 8.2 que ao final da ação do controlador,
a demanda instantânea foi ajustada para 38000kW a qual se adequa ao fator de potência
medido(0,88). O histórico gerado registra a redução da demanda instantânea juntamente
com a redução da multa, que é anulada quando se trabalha com a demanda instantânea
igual a 38000kW.
A Tabela 8.1 apresenta o resultado de algumas simulações. Por meio
desta tabela pode-se perceber que o valor da sobretaxa está diretamente associado ao
valor do fator de potência instantâneo, de modo que quanto mais abaixo do valor do
fator de potência de referência mais alta será a sobretaxa. Sendo assim justifica-se mais
uma vez a aplicação do software aqui proposto, o qual busca a redução da demanda
instantânea de modo a se reduzir o percentual da sobretaxa.
48
TABELA 8.1 – Resultado das simulações
Simulações
Demanda
Contratada
Fator de
Potência de
Referência
Fator de
Potência
Instantâneo
Demanda
Corrigida
1
40.000
0.92
0.95
40.000
Sobretaxa
sem
Atuação do
Controlador
0
2
40.000
0.92
0.88
38.000
4,55%
3
40.000
0.92
0.85
36.800
8,24%
4
40.000
0.92
0.80
34.400
15,00%
5
40.000
0.92
0.75
32.400
22,67%
49
CAPÍTULO 9
9 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Neste trabalho foi realizada uma análise do sistema tarifário,
regulamentado pela resolução 456 de 29 de novembro de 2000, publicada pela Agência
Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
Este trabalho comprovou a importância dos sistemas de gerenciamento
de energia elétrica para as empresas. Os investimentos necessários para a implantação
dos sistemas de gerenciamento são facilmente justificados e são decorrentes da
economia de energia, associada à melhoria contínua do processo produtivo. Desta forma
o gerenciamento da energia elétrica, é fundamental para as empresas eletro intensivas.
Um importante passo para a racionalização do uso de energia é a análise
das contas, considerando o sistema tarifário previsto na legislação vigente.
Com relação às diversas imposições por parte das concessionárias
destaca-se as sobretaxas pelo excesso de reativos e por isso a necessidade de se manter
o fator de potência e a demanda de potência reativa em seus limites estabelecidos.
A cobrança de sobretaxas pode ser administrada como uma oportunidade
de negócios, por meio de uma análise considerando o valor da produção e o valor das
sobretaxas a serem pagas.
A possibilidade da redução da demanda ativa, fazendo-se uma seleção
adequada das cargas a serem retiradas, permite que se trabalhe em níveis de fator de
potência abaixo do permitido de modo a não ser multado pelo excesso de demanda
reativa, o que torna fundamental a utilização de controladores inteligentes.
Sugere-se que os futuros trabalhos contemplem a implementação de
melhorias no software atual, incluindo novas rotinas de simulação.
50
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA, J. C. O.; OLIVEIRA, M. A. G. Sistema de Gerenciamento do Consumo e
da Qualidade de Energia Elétrica. Brasília, 2002. 6 p. XV Seminário Nacional de
Distribuição de Energia Elétrica – SENDI 2002.
ANEEL. Disponível em: < http:// www.aneel.gov.br>. Acesso em 15 de junho. 2006.
CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO – ABRIL 2001.
ELETROPAULO. Disponível em: < http://www.eletropaulo.com.br >. Acesso em 16 de
setembro. 2006.
ENGECOMP Tecnologia em Automação e Controle Ltda. Disponível em
< http://engecomp.com.br >. Acesso15 de setembro. 2006.
HORTA, L.A. et al. Conservação de Energia: Eficiência Energética de Instalações e
Equipamentos. 2ª. ed. Itajubá: Editora da EFEI, 2001.
MARTE, C.L. Automação Predial 1ª ed. Carthago e Forte, 1995, 120 p.