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Você sabia que o problema de baixo fator de potência na instalação elétrica – que pode gerar multa da concessionária de energia, pode ser resolvido com a instalação dos controladores de fator de potência?

Observe a sua conta de energia elétrica. Se nela constar o consumo reativo excedente, isso é um sinal de que há um problema com o fator de potência. Quanto mais esse consumo estiver afastado do valor legal, maior será a multa aplicada pela concessionária de energia.

É aí que entram os controladores de fator de potência, que vão ajudar você a corrigir essa falha na instalação elétrica. Antes de apresentar os tipos de controladores de fator de potência, é necessário entender o que é o fator de potência.

O que é fator de potência?

O fator de potência (FP) é a medida de quanto da potência elétrica consumida está sendo convertida em trabalho útil. O mínimo permitido de fator de potência na conta de energia, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), é de 0,92. Se o valor estiver abaixo disso, a concessionária pode cobrar multa, como citado anteriormente.

As principais causas do baixo fator de potência são lâmpadas de descarga (fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio e vapor metálico) com reatores de baixo fator de potência (sem capacitor), transformadores em vazio (sem carga) ou com baixa carga e motores de indução (motores mais usados na indústria).

O que é e como funciona o controlador de fator de potência

ST8200C Controlador de fator de potênciaOs controladores de fator de potência medem a tensão e a corrente da carga de forma contínua, calculando os seus valores através de algoritmos matemáticos, de forma a obter os valores TRUE RMS. Calculado dessa forma, o fator de potência considera o conteúdo harmônico da corrente e da tensão, resultando em medidas mais precisas.

Opcionalmente, o fator de potência pode ser obtido via interface serial da saída de usuário do registrador eletrônico de potência (REP). Neste caso, não há cálculo de harmônicos.

Conforme a necessidade, ou seja, sempre que o fator de potência indutivo fica abaixo do setpoint, os controladores ativam um ou mais bancos de capacitores, proporcionando, assim, uma correção eficiente.

Os controladores possuem diversas características cujo objetivo é proteger seu investimento nos bancos de capacitores. Entre elas está o tempo de repouso, ou seja, o tempo programado para evitar que um banco de capacitores seja religado logo após seu desligamento, o que poderia danificar o capacitor e certamente diminuiria a vida útil das contactoras (que conectam os capacitores à rede elétrica).

Da mesma forma, toda vez que o fator de potência ultrapassa o ponto de desligamento programado, através do desligamento de cargas indutivas que estavam sendo compensadas, o controlador desativa um ou mais bancos de capacitores, até que o fator de potência ultrapasse o ponto de desligamento programado.

Outra característica importante é o desligamento dos bancos de capacitores quando a tensão da rede atinge valores elevados, evitando sobretensões de longa duração, ou então quando o conteúdo harmônico da corrente e da tensão fica muito elevado, podendo causar ressonâncias na instalação e danificar os capacitores.

Exemplo de controlador de fator de potência

Os controladores ST8200C possuem diversas características cujo objetivo é proteger seu investimento nos bancos de capacitores. Entre elas está o tempo de repouso, ou seja, o tempo programado para evitar que um banco de capacitores seja religado logo após seu desligamento, o que poderia danificar o capacitor e certamente diminuiria a vida útil das contactoras (que conectam os capacitores à rede elétrica).

Esquemas elétricos de ligações

As figuras a seguir mostram os esquemas de ligação dos controladores ST8200C.

Conexões ST8200C fase-neutro

ST8200C Controlador de fator de potência

Conexões ST8200C fase-fase

ST8200C Controlador de fator de potência

OBS: O transformador de corrente (TC) deve estar posicionado imediatamente após a fonte de energia (subestação, transformador ou quadro geral) para medir a corrente proveniente das cargas e células de capacitores. Evite que a fiação de sinal do TC passe pelos mesmos dutos do comando das contactoras. A alimentação é feita através da entrada auxiliar.

Conexões ST8200C com ligação a interface de usuário

ST8200C Controlador de fator de potência

Observações importantes na instalação do controlador de fator de potência

  • O transformador de corrente (TC) deve estar posicionado logo após a fonte de energia (subestação, transformador ou quadro geral) para medir a corrente proveniente das cargas e células de capacitores, e o diâmetro de sua fiação não deve ser inferior a 2,5 mm2.
  • Quando a conexão da medição de tensão for entre duas fases, estas devem ser diferentes da fase em que se está monitorando a corrente, através do TC. Por sua vez, o TC deve ser ligado às entradas TC1 e TC2 do controlador.
  • Quando a conexão de medição de tensão for entre fase e neutro, o TC deverá estar na fase utilizada e conectado às entradas TC1 e TC2 do controlador.
  • Cada acionamento de contactora deve ser protegido com um fusível individual.
  • A fiação de medição da tensão e da corrente (TC) obrigatoriamente deve ser feita em dutos separados do comando das contactoras por uma distância de, no mínimo, 10 cm. A fiação também não deve passar nos dutos dos cabos de potência, onde circulará a corrente dos capacitores.
  • Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação xxx/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que o sinal do TC seja sempre ligado em série com o controlador. Os terminais do TC podem ser aterrados.
  • Tome cuidado com a tensão de alimentação e a forma de ligação das contactoras. O fio comum das contactoras deve ser diferente do utilizado na alimentação do controlador. Lembre que a tensão/corrente máxima de cada saída de acionamento é de 250VAC/5A.
  • Quando for utilizada a interface opcional para REP, sem conexão aos TCs e à tensão da rede, as medidas elétricas desses dois parâmetros serão zeradas.
  • É necessário aplicar tensão à entrada de medição para que sejam mostrados, no menu de medidas elétricas, tanto o parâmetro de tensão como o de corrente. Do contrário, esses dois parâmetros serão zerados.

Painel frontal do controlador de fator de potência

ST8200C Controlador de fator de potência

Os LEDs 1 a 16 indicam quando o respectivo banco de capacitores está sendo acionado.

LEDs indicadores

  • OK Equipamento ligado
  • ST Aceso, indica algum alarme ativo
  • RX Indica canal serial recebendo dados
  • TX Indica canal serial transmitindo dados

Fundamentos teóricos

Potência ativa

A potência ativa, conhecida também como potência real ou útil, é aquela que realiza um trabalho útil numa determinada carga. Essa carga, por sua vez, pode ser de iluminação ou qualquer outro dispositivo que converta a energia elétrica em alguma outra forma de energia útil. Isso quer dizer que a potência ativa é responsável por gerar luz, movimento, calor, etc. A unidade de medida da potência ativa é Watt (W). Dependendo da situação, pode ser o Quilowatt (kW).

Potência reativa

A potência aparente refere-se à potência total que uma determina fonte é capaz de fornecer a um sistema. Esta consiste na soma vetorial da potência ativa e da potência reativa. A sua unidade de medida é o Volt Ampère (VA) ou quilo Volt Ampère (kVA). No âmbito da comercialização de eletricidade, a potência aparente é toda a potência disponibilizada pelo comercializador de energia a um determinado imóvel.

Potência aparente

A potência aparente é definida como a potência total que uma determinada fonte é capaz de fornecer. A sua unidade de medida é o Volt Ampère (VA). Nesse sentido, a relação entre potência aparente e potência ativa é chamada fator de potência. Ou seja, este estabelece a relação da quantidade de energia fornecida pela fonte e a quantidade de energia que é efetivamente transformada em trabalho. Quando um fator de potência é alto significa que grande parte da energia que chega à instalação é transformada em trabalho. Quando é baixo significa que apenas uma pequena parcela da energia recebida é convertida em trabalho. Isso quer dizer que, quanto maior a quantidade de potência ativa, maior é o fator de potência.

O fator de potência

O fator de potência representa a relação entre a potência aparente e a potência ativa. Isto quer dizer que o fator de potência representa a relação entre a quantidade de energia que foi entregue pela fonte e a quantidade de energia que realmente foi transformada em trabalho, ou seja, que foi utilizada no imóvel em questão. Numa escala de zero a um, quanto maior for o fator de potência de uma carga, maior será a sua potência ativa, ou seja, aquela convertida em trabalho. Ao contrário, quanto menor for um fator de potência, menor será a sua potência ativa e, portanto, maior será a sua potência reativa (aquela que não realiza nenhum trabalho efetivo).

Correção do fator de potência

O objetivo da correção do fator de potência é o ganho de eficiência, além de evitar defasagens entre tensão e corrente, não permitindo que os equipamentos operem com cargas desajustadas e sem produção efetiva.

Sabe-se que o baixo fator de potência ocorre quando se consome muita energia reativa em relação à energia ativa. A energia reativa pode ser neutralizada por uma carga capacitiva, assim, o caminho mais seguro para efetivamente corrigir o fator de potência e compensar as cargas indutivas existentes, é fazer a instalação de um banco de capacitores.

Em alguns casos, como em sistemas muito capacitivos como por exemplo, linhas de transmissão, é usado banco de indutores para compensar o efeito capacitivo.

As cargas indutivas produzem um adianto da corrente elétrica em relação à tensão. As cargas capacitivas produzem um atraso da corrente em relação à tensão. O banco de capacitores e o banco de indutores atuam compensando a defasagem entre a tensão e a corrente, basicamente se “opondo” as cargas indutivas.

Causas de baixo fator de potência

Muitas vezes a condição e a manutenção dos equipamentos podem levar a um baixo fator de potência. Considerando a indústria como exemplo, deve ser tomado uma serie de cuidados, além de considerar as situações que podem ser identificadas e corrigidas.

Veja alguns desses fatores que são os maiores causadores de fator de potência baixo em empresas!

  • Motores de baixa potência atuando em conjunto
  • Equipamentos trabalhando sem carga
  • Superdimensionamento de energia
  • Equipamentos com defeito ou muito antigos
  • Iluminação com uso de reatores para lâmpadas
  • Uso de máquinas de solda
  • Aparelhos de tratamento térmico

Por isso é importante que o fator de potência fique dentro dos limites, considerando os valores de cargas indutivas existentes. Assim, o dimensionamento adequado do banco de capacitores é necessário para ter o melhor aproveitamento de energia elétrica.

Corrigir o fator de potência nas empresas trás varias vantagens, veja algumas na lista abaixo.

  • Redução do consumo de energia elétrica
  • Aumento da vida útil das instalações e equipamentos
  • Redução de calor gerado em equipamentos
  • Redução da corrente reativa
  • Evitar manutenção desnecessária em equipamentos
  • Não é necessário trocar as seções de condutor para os de maior bitola
  • Não é necessário trocar de transformador para um de maior capacidade

REFERÊNCIA

Leia também

O uso de Controladores de Demanda nas instalações atendidas por contratos de fornecimento de energia elétrica pela concessionária é uma forma de garantir que o sistema não ultrapasse os limites contratuais, resultando na aplicação de multas. Os pequenos consumidores são cobrados apenas pela energia utilizada (consumo). Já os médios e grandes consumidores pagam tanto pela energia quanto pela potência disponibilizada.

A potência aparece nas contas desses consumidores com o nome de demanda que, na verdade, corresponde à potência média verificada em intervalos de 15 minutos. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) é quem regulamenta e estabelece estes parâmetros nas contas de energia elétrica.

Mas você sabe o que é um Controlador de Demanda e por que utilizar esse equipamento pode ajudar sua empresa ou indústria a ter mais eficiência energética?

O que é o Controlador de Demanda?

ST8500C Controlador de demandaUm Controlador de Demanda tem como intuito gerir de forma automática a entrada e saída de cargas na rede elétrica, a fim de impedir a ultrapassagem de consumo da demanda contratada, evitando o pagamento de multas pelo excesso de demanda.

O funcionamento de um Controlador de Demanda de Energia Elétrica é muito fácil. O usuário cadastra o valor da potência que contratou com a concessionária e o valor de cada carga que deve ser gerenciada, isto é, que seja ligada e desligada conforme a necessidade. A partir desse momento, o equipamento verifica de tempos em tempos a potência consumida no barramento. Assim, ele vai ligar e desligar as cargas que estão cadastradas para que essa potência consumida no barramento fique sempre abaixo da medida contratada pela concessionária.

A conexão de cargas é gerenciada por reta de carga ou por horário, e a programação de demanda pode ser definida mês a mês. Com o ST8500C da Alfacomp, por exemplo, você pode emitir via software relatórios do controle de demanda. Além disso, a memória de registro deste equipamento é de 60 dias e a programação pode ser realizada via painel, supervisório ou APP.

Porque fazer o controle de demanda em uma indústria

Fazer o controle de demanda é indicado pois, permite além do gerenciamento das cargas por demanda, o gerenciamento das cargas por horário. Isso proporciona, por exemplo, que um grupo gerador seja acionado no horário de ponta, conectando a uma saída programada por horário.

Um controlador de demanda pode ser útil também em instalações fotovoltaicas para evitar a injeção de potência excedente na rede da concessionária. O software supervisório da Alfacomp garante um histórico da instalação, dando ao gestor uma ferramenta de análise de seu uso e consumo de energia elétrica.

A conta de energia elétrica de consumidores de médio e grande porte é composta da soma de parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem. A parcela de consumo é calculada multiplicando o consumo medido pela tarifa de consumo. Já a parcela de demanda é calculada multiplicando-se a tarifa de demanda pela demanda contratada ou pela demanda medida (a maior delas).

Os Controladores ST8500C possuem características específicas para proteger as  máquinas e equipamentos. Entre essas está o tempo de repouso, que é o tempo programado para evitar que uma carga seja religada logo após seu desligamento – o que pode danificar a máquina e diminuir a vida útil das contactoras (que conectam as cargas à rede elétrica). Os Controladores também permitem programar o acionamento e desligamento das cargas com lógica inversa, isto é, desligando a saída do Controlador para cargas ativas, evitando paradas por pane do controle.

O controlador de demanda e a eficiência energética

A utilização de controles de demanda não fica restrita a evitar a multa por descumprimento do contrato. Também é interessante como uma forma de limitar o consumo e consequentemente contingenciar custo de energia elétrica. Por isso é um equipamento para implementar a operação industrial com eficiência energética.

O uso destes equipamentos de controle de demanda podem levar aos consumidores os benefícios do gerenciamento de energia, reduzindo perdas e, em muitos casos, permitindo a diminuição no valor da fatura de energia. Pelo ponto de vista do fornecimento, a existência de um Controle de Demanda nas unidades consumidoras permite um melhor planejamento e maior aproveitamento do sistema de distribuição, minimizando investimentos e aumentando a eficiência energética do setor.

Tarifação

Seguem conceitos e definições envolvidos na sistemática de tarifação:

  • Potência: é a capacidade de consumo de um equipamento elétrico, expressa em Watts (W) ou quilowatts (kW).
  • Energia: é a quantidade de eletricidade utilizada por um aparelho elétrico ao ficar ligado por um determinado tempo. Tem como unidades mais usuais o quilowatt-hora (kWh) ou megawatt-hora (Mwh).

A tarifa de energia elétrica é a composição de valores calculados que representam cada parcela dos investimentos e operações técnicas realizadas pelos agentes da cadeia de produção e da estrutura necessária para que a energia possa ser utilizada pelo consumidor. A tarifa representa, portanto, a soma de todos os componentes do processo industrial de geração, transporte (transmissão e distribuição) e comercialização de energia elétrica. São acrescidos ainda os encargos direcionados ao custeio da aplicação de políticas públicas. Os impostos e encargos estão relacionados na conta de luz.

As empresas concessionárias fornecem energia elétrica a seus consumidores, com base em obrigações e direitos estabelecidos em um contrato de concessão, celebrado com a União, para a exploração do serviço público de distribuição de energia elétrica em sua área de concessão. No momento da assinatura do contrato, a empresa concessionária reconhece que o nível tarifário vigente, ou seja, as tarifas definidas na estrutura tarifária da empresa, em conjunto com os mecanismos de reajuste e revisão das tarifas estabelecidas nesse contrato, são suficientes para a manutenção do seu equilíbrio econômico-financeiro (ANEEL, 2019).

Métodos de tarifação se referem à forma que os consumidores são classificados para a cobrança do seu consumo de energia elétrica. Para o mesmo, deve-se observar a estrutura tarifária e grupos de consumidores (PROCEL, 2011).

Estrutura Tarifária

A estrutura tarifária é um conjunto de tarifas (lista de preços) aplicáveis às componentes de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência, de acordo com a modalidade de fornecimento. Busca refletir as diferenças de custos relacionados ao fornecimento de energia a cada tipo de consumidor. A partir de então, define-se a relatividade dos preços. A estrutura compreende a diferenciação das tarifas, segundo os componentes de consumo e demanda, nível de tensão de fornecimento, classe de consumo, estação do ano, período do dia, localização do consumidor, etc. (BITU; BORN, 1993).

As tarifas de energia elétrica não têm um mesmo valor para todos os consumidores. Elas se diferenciam entre grupos tarifários, de acordo com a tensão de fornecimento, o momento do consumo, o tipo de tarifa e a classe do consumidor. As mesmas podem ser estruturadas e diferenciadas de muitas formas (VIEIRA, 2016).

Teoricamente, poderia ser definida uma tarifa para cada consumidor, porém, dificuldades de diversas naturezas como, por exemplo, as restrições de comercialização, sistema de medição e cobrança, limitam o grau de aprimoramento da estrutura tarifária.

O consumidor paga um preço final que inclui, além das tarifas, as taxas ou encargos, as contribuições e os impostos que são tributos, ou seja, pagamentos obrigatórios que não representam uma punição por ato ilícito e que devem ser previstos em lei (FUGIMOTO, 2010).

As taxas ou encargos independem da quantidade consumida de energia e estão relacionadas com as despesas de atendimento as unidades de consumo. Estão relacionadas aos custos associados ao atendimento dos consumidores, diretamente às unidades de consumo.

Existem taxas especiais como aquelas relacionadas com o consumo adicional de combustíveis nas usinas térmicas. As taxas permitem repassar rapidamente ao consumidor aumento imprevistos nos custos. O preço final de fornecimento pago pelo cliente é a composição da tarifa, contribuições, taxas, com impostos como o ICMS (FUGIMOTO, 2010).

Classificação dos Consumidores

Para fins de faturamento, as unidades consumidoras são agrupadas em dois grupos tarifários, definidos, principalmente, em função da tensão de fornecimento e também, como consequência, em função da demanda. Se a concessionária fornece energia em tensão inferior a 2300 Volts, o consumidor é classificado como sendo do “Grupo B” (baixa tensão); se a tensão de fornecimento for maior ou igual a 2300 Volts, será o consumidor do “Grupo A” (alta tensão). Estes grupos foram assim definidos:

Consumidores do Grupo A

Grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão inferior a 2,3 kV a partir de sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo, em caráter opcional, nos termos definidos na Resolução ANEEL n 456, caracterizado pela estruturação tarifária binômia e subdividido nos subgrupos A1, A2, A3, A3a, A4 e AS. A tabela abaixo apresenta estes subgrupos.

Subgrupos

Tensão

A1 Tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV
A2 Tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV
A3 Tensão de fornecimento de 69 kV
A3a Tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV
A4 Tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV
AS Tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição e enquadradas neste Grupo em caráter opcional.

Os consumidores deste grupo são cobrados tanto pela demanda quanto pela energia que consomem. Esses consumidores podem enquadrar-se em uma das duas alternativas tarifárias:
• Tarifação convencional;
• Tarifação horo-sazonal.

Tarifação Convencional

O enquadramento na tarifa convencional exige um contrato específico com a concessionária no qual se pactua um único valor da demanda pretendida pelo consumidor (demanda contratada), independentemente da hora do dia (ponta ou fora de ponta) ou período do ano (seco ou úmido).

Os consumidores do Grupo A, subgrupos A3a, A4 ou AS, podem ser enquadrados na tarifa convencional quando a demanda contratada for inferior a 300 kW, desde que não tenham ocorrido, nos 11 meses anteriores, 3 (três) registros consecutivos ou 6 (seis) registros alternados de demanda superior a 300 kW.

A conta de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem. A parcela de consumo é calculada multiplicando-se o consumo medido pela tarifa de consumo.

A parcela de demanda é calculada multiplicando-se a tarifa de demanda pela demanda contratada ou pela demanda medida (a maior delas), caso esta não ultrapasse em 10% a demanda contratada.

A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa em mais de 10% a demanda contratada. É calculada multiplicando-se a tarifa de ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a demanda contratada (BRASIL, 2000).

Tarifação Horo-Sazonal

Essa modalidade é caracterizada pela aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica e demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia e dos períodos do ano.

A estrutura de tarifação horo-sazonal pode ser aplicada, segundo os seguintes modelos de tarifação:

a) Tarifa Verde

O enquadramento na tarifa Verde dos consumidores do Grupo A. Essa modalidade tarifária exige um contrato específico com a concessionária no qual se pactua a demanda pretendida pelo consumidor (demanda contratada), independentemente da hora do dia (ponta ou fora de ponta). Embora não seja explícita, a Resolução 414 de 2010 da Aneel permite que sejam contratados dois valores diferentes de demanda, um para o período seco e outro para o período úmido (BRASIL, 2010). A conta de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de parcelas referentes ao consumo (na ponta e fora dela), demanda e ultrapassagem.

A parcela de demanda é calculada multiplicando-se a tarifa de demanda pela demanda contratada ou pela demanda medida (a maior delas), caso esta não ultrapasse em mais de 10% a demanda contratada. A tarifa de demanda é única, independente da hora do dia ou período do ano.
A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa em mais de 10% a demanda contratada. É calculada multiplicando-se a tarifa de ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a demanda contratada.

b) Tarifa Horo-sazonal Azul

O enquadramento dos consumidores do Grupo A na tarifação horosazonal azul é obrigatório para os consumidores dos subgrupos A1, A2 ou A3. Essa modalidade tarifária exige um contrato específico com a concessionária no qual se pactua tanto o valor da demanda pretendida pela consumidora no horário de ponta (demanda contratada na ponta) quanto o valor pretendido nas horas fora de ponta (demanda contratada fora de ponta).

Embora não seja explícita, assim como na tarifa verde, a resolução 414 permite que sejam contratados valores diferentes para o período seco e para o período úmido (BRASIL, 2010).

A fatura de energia elétrica desses consumidores é composta pela soma de parcelas referentes ao consumo e demanda e, caso exista, ultrapassagem. Em todas as parcelas observa-se a diferenciação entre horas de ponta e horas fora de ponta (CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS, 2011).

A parcela de demanda é calculada somando-se o produto da tarifa de demanda na ponta pela demanda contratada na ponta (ou pela demanda medida na ponta, de acordo com as tolerâncias de ultrapassagem) ao produto da tarifa de demanda fora da ponta pela demanda contratada fora de ponta (ou pela demanda medida fora de ponta, de acordo com as tolerâncias de ultrapassagem).

As tarifas de demanda não são diferenciadas por período do ano. A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa a demanda contratada acima dos limites de tolerância de 5% para os sub-grupos A1, A2 e A3 e 10% para os demais sub-grupos. O valor desta parcela é obtido multiplicando-se a tarifa de ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a demanda contratada (PROCEL, 2011).

Consumidores do Grupo B

As unidades consumidoras atendidas em tensão inferior a 2,3 kV, ou ainda unidades atendidas em tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste grupo, são caracterizadas pela estruturação tarifária monômia (ANEEL, 2000).

Consumidor do grupo B é aquele que recebe energia elétrica na tensão entre 220 e 380 V e tem com a concessionária de energia um contrato de adesão. Contrato de adesão é um instrumento contratual, com cláusulas vinculadas às normas e regulamentos aprovados pela ANEEL, não podendo o conteúdo das mesmas ser modificado pela concessionária ou consumidor, a ser aceito ou rejeitado de forma integral (ANEEL, 2000).

Os consumidores do Grupo B (baixa tensão< 2.300 Volts) são classificados em:

  • B1 – residencial;
  • B2 – rural;
  • B3 – demais classes;
  • B4 – iluminação pública.

Os consumidores de baixa tensão (Grupo B) são classificados ainda de acordo com o número de fases. São três os tipos de fornecimento, conforme o número de fases:

  • Tipo A – monofásico – dois condutores (uma fase e o neutro);
  • Tipo B – bifásico – três condutores (duas fases e o neutro);
  • Tipo C – trifásico – quatro condutores (três fases e o neutro).

Para determinação destes, deverá ser calculada a carga instalada de cada unidade consumidora. Essa carga será o somatório das potências nominais de placa dos aparelhos elétricos e das potências de iluminação declaradas. Quando houver cargas de motores, deverão ser computadas as suas respectivas quantidades e potências individuais (PROCEL,2011).

Nos consumidores enquadrados no Grupo B, apenas o consumo de energia é faturado, não existindo cobrança relativa à demanda de potência (PROCEL, 2011).

Horários Fora de Ponta e de Ponta

O horário de ponta (P) é o período definido pela distribuidora e composto por 3 (três) horas diárias consecutivas, exceção feita aos sábados, domingos, terça-feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, “Corpus Christi”, e oito dias de feriados conforme descrito na resolução ANEEL 414, considerando a curva de carga do seu sistema elétrico, aprovado pela ANEEL para toda a área de concessão. O horário fora de ponta (F) é o período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta (VIANA; BORTONI; NOGUEIRA, 2012).

Horários de ponta e fora de ponta para uma unidade consumidora

Controle de demandaFonte: Viana, Bortoni e Nogueira (2012).

Ainda segundo Viana, Bortoni e Nogueira (2012), estes horários são definidos pela concessionária em virtude, principalmente, da capacidade de fornecimento que a mesma apresenta. A curva de fornecimento de energia típica de uma concessionária pode ser vista através da figura abaixo, onde o maior valor de demanda ocorre geralmente no horário de ponta.

Curva típica de fornecimento de potência de uma concessionária

Controle de demanda

Fonte: Viana, Bortoni e Nogueira (2012).

Períodos seco e úmido

Estes períodos guardam, normalmente, uma relação direta com os períodos onde ocorrem as variações de cheias dos reservatórios de água utilizados para a geração de energia elétrica. O período Seco corresponde ao período de 07 (sete) ciclos de faturamento consecutivos iniciando-se em maio e finalizando-se em novembro de cada ano; é, geralmente, o período com pouca chuva. O período Úmido corresponde ao período de 05 (cinco) ciclos de faturamento consecutivos, compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte; é, geralmente, o período com mais chuva (CARVALHO, 2011).

Demanda de energia elétrica

Conforme a Resolução 456 da ANEEL no Art. 2º, § VIII, demanda 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) e quilovolt-ampère-reativo (kvar), respectivamente. Pode ser calculada, por exemplo, dividindo-se a energia elétrica absorvida pela carga em um certo intervalo de tempo Δt, por este intervalo de tempo Δt, podendo ser expressada pela equação abaixo.

Controle de demanda

No Brasil o intervalo de tempo (período de integração) é de 15 minutos, portanto, em um mês teremos: 30 dias x 24 horas / 15 minutos = 2880 intervalos (ANEEL, 2019).

Segundo Suppa e Terada (2010), temos os métodos de medição síncrona e assíncrona. O método de medição síncrona é aquele utilizado por todas as concessionárias brasileiras e pela maioria dos países, medindo a energia ativa num determinado intervalo de tempo que pode variar de 15 à 60 minutos na maioria dos casos.

Na prática, o que se faz é integrar os pulsos de energia dentro deste intervalo, por isso chamado de intervalo de integração, obtendo o que chamamos de demanda de energia ativa, ou seja, a demanda é a energia média consumida em cada intervalo de 15 minutos não existindo plenamente antes do fechamento do intervalo.

Geralmente a concessionária fatura pelos maiores valores registrados nos períodos de fora-ponta e ponta ou pelos valores contratados, os que forem maiores. A cada início do intervalo de integração o consumo é zerado dando início a uma nova contagem. Se ao final do intervalo o valor médio de fechamento for superior ao limite permitido o usuário arcará com pesadas multas por ultrapassagem.

Ainda conforme resolução são adotadas algumas definições entre a distribuidora e o consumidor por meio de contratado de prestação de serviço, sendo eles (ANEEL, 2019):

  • Demanda: 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.
  • Demanda contratada: demanda de potência ativa a ser obrigatória e continuamente disponibilizada pela concessionária, no ponto de entrega, conforme valor e período de vigência fixados no contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não utilizada durante o período de faturamento, expressa em quilowatts (kW);
  • Demanda de ultrapassagem: parcela da demanda medida que excede o valor da demanda contratada, expressa em quilowatts (kW);
  • Demanda medida: maior demanda de potência ativa verificada por medição, integralizada no intervalo de 15 (quinze) minutos expressa em quilowatts (kW);
  • Demanda faturável: valor da demanda de potência ativa identificada de acordo com os critérios estabelecidos e considerados para fins de faturamento, com aplicação da respectiva tarifa, expressa em quilowatts (kW).

Para o faturamento do consumo, acumula-se o total de kWh consumidos durante o período: fora de ponta seca ou fora de ponta úmida, e ponta seca ou ponta úmida. Para cada um desses períodos, aplica-se uma tarifa de consumo diferenciada, e o total é a parcela de faturamento de consumo. Evidentemente, as tarifas de consumo nos períodos secos são mais elevadas que nos períodos úmidos, e no horário de ponta é mais cara que no horário fora de ponta (PROCEL, 2011).

A cobrança é sempre em função da demanda contratada e do consumo. Quando se contrata uma demanda, na verdade, se está solicitando que a empresa fornecedora disponibilize uma determinada quantidade de energia para ser consumida. Dessa maneira, poderão ocorrer três casos de cobrança (PROCEL, 2011):

  • Demanda registrada inferior à demanda contratada: aplica-se a tarifa de consumo e demanda correspondente ao valor contratado;
  • Demanda registrada superior à demanda contratada, mas dentro da tolerância de ultrapassagem: aplica-se a tarifa de consumo e de demanda correspondente à demanda
  • Demanda registrada superior à demanda contratada e acima da tolerância: aplica-se a tarifa consumo e de demanda correspondente à demanda contratada, e soma-se a isso a aplicação da tarifa de ultrapassagem, correspondente à diferença entre a demanda registrada e a demanda contratada. Ou seja, paga-se tarifa normal pelo contratado, e tarifa de ultrapassagem sobre todo o excedente.

Ultrapassagem da Demanda

De acordo a Aneel (2018), a demanda de energia é contratada junto à concessionária (paga-se por ela independente do uso). A monitoração da demanda é realizada pela média dos 15 minutos de integração. Sua medição é realizada com base na “média” dos 15 minutos de integração de demanda. A ultrapassagem de demanda elétrica é controlada com base nos valores médios da integração de 15 minutos, ou seja, a demanda média de 15 minutos não pode ultrapassar a demanda contratada. Caso ocorra a ultrapassagem, a concessionária cobrará a multa com base no maior valor registrado. De acordo com o tipo de consumidor, existe uma tolerância sobre o valor de demanda contratada para que não haja cobrança de multas, conforme definido na Resolução 456 de 29 de novembro de 2000, Art. 2°, § VIII:

  • 5%, para as unidades cuja tensão de fornecimento seja maior ou igual a 69 kV (tarifa azul);
  • 10%, para as unidades cuja tensão de fornecimento seja menor que 69 kV e no mês de faturamento, a demanda para fora de ponta (tarifa azul) e a demanda (tarifa verde), sejam superiores a 100 kW;
  • 20%, para as unidades atendidas com tensão inferior a 69 kV, e no mês de faturamento, a demanda fora de ponta (tarifa azul) e demanda (tarifa verde) de 50 a 100 kW.

Controle de demanda

Segundo F.S Ozur (2011), O controlador de demanda é um equipamento eletrônico que tem como função principal manter a demanda de energia ativa de uma unidade consumidora, dentro de valores limites pré-determinados, atuando, se necessário, sobre alguns parte dos Controladores de Demanda controla também o fator de potência e o consumo de energia. Controlar a demanda é fundamental, não só para o consumidor diminuir seus custos com energia elétrica, mas também para a concessionária que necessita operar de forma bem dimensionada evitando interrupções ou má qualidade de fornecimento.

Exemplo de controlador de demanda

Os controladores de demanda ST8500C foram desenvolvidos pela Alfacomp para, através do monitoramento contínuo e do gerenciamento adequado de cargas, manterem a potência elétrica dentro de limites pré-estabelecidos.

A programação e operação dos equipamentos é bem simples, pois os mesmos são compatíveis com outras ferramentas importantes, como interfaces de medidores de energia padrão, segundo a norma ABNT NBR14522.

Além disso, o ST8500C mede e registra diversas grandezas elétricas (memória para 30 dias de registros), oferecendo ao usuário um exame completo do sistema de energia da sua instalação. Também é possível utilizar o equipamento em conjunto com o software ST-Conecta (software que acompanha o produto), que permite maximizar a análise e o gerenciamento dos dados.

Mais do que simples controladores de demanda de potência, os equipamentos ST8500C constituem poderosos sistemas de gerenciamento de energia elétrica.

Princípio de funcionamento

Os controladores ST8500C recebem informações contínuas da potência da carga por meio da interface serial de usuário, opto-acoplada, padronizada através da norma NBR14.522 (ABNT), disponível em medidores eletrônicos de potência. As informações, no modelo com TC´s, podem ser repassadas via conexão do barramento elétrico, com o uso de transformadores de corrente (TC X/5) e sinais de tensão. A demanda de energia elétrica da carga é calculada através de algoritmos matemáticos.

Conforme a necessidade, ou seja, sempre que a demanda projetada ficar acima do set-point, os controladores ST8500C desativam uma ou mais cargas, promovendo a sua correção. Da mesma forma, toda vez que a demanda projetada ficar abaixo do estipulado, o controlador ativa uma ou mais cargas.

Os controladores ST8500C possuem diversas características que objetivam proteger suas máquinas e equipamentos. Entre essas está o tempo de repouso, que é o tempo programado para evitar que uma carga seja religada logo após seu desligamento – o que pode danificar a máquina e diminuir a vida útil das contactoras (que conectam as cargas à rede elétrica). Os controladores também permitem programar o acionamento e desligamento das cargas com lógica inversa, isto é, desligando a saída do controlador para cargas ativas, evitando paradas por pane do controle.

Inspeção visual

Antes da instalação, proceda a uma cuidadosa inspeção visual para certificar-se de que o produto não apresenta danos causados pelo transporte.

Esquemas elétricos de ligações

Na sequência, as figuras mostram os esquemas de ligação dos controladores ST8500C.

1. Modelo com entrada por TC

ST8500C Controlador de demanda

2. Modelo com entrada opto-acoplada

ST8500C Controlador de demanda

Conexões de acionamento

ST8500C Controlador de demanda

Observações importantes na instalação do equipamento

  • No modelo com transformadores de corrente (TCs), a relação de transformação deve ser X/5A.
  • Cada acionamento da contactora deve ser protegido com um fusível individual.
  • A fiação que mede a tensão deve ser colocada em dutos separados do comando das contactoras com uma distância de, no mínimo, 10 cm.
    A fiação também não deve passar nos dutos dos cabos de potência, onde circulará a corrente da carga.
  • Tome cuidado com a tensão de alimentação e a forma de ligação das contactoras. O fio comum das contactoras deve ser diferente do utilizado
    na alimentação do controlador. Lembre que a tensão/corrente máxima de cada saída de acionamento é de 250VAC/5A.
  • A tensão máxima de alimentação do controlador, que serve para o equipamento trabalhar, é de 270VAC, enquanto a tensão de medição,
    usada para cálculos para informação no mostrador, pode ir até 600VAC.
  • No modelo opto-acoplado é necessário aplicar tensão à entrada de medição para que sejam mostrados, no menu de medidas elétricas,
    tanto o parâmetro de tensão como o de corrente. Do contrário, esses dois parâmetros serão zerados.

Atenção!

A alimentação de tensão do ST8500C pode ser de qualquer fonte, desde que se mantenha na faixa de 80 a 270 VCA.

Painel frontal do controlador de demanda

ST8500C Controlador de demanda

OBS: A iluminação do display do ST8500C (backlight) só é acionada quando uma tecla é pressionada. Caso nenhuma tecla seja pressionada no período de 3 minutos, a iluminação desligará automaticamente.

LEDs indicadores

  • OK Equipamento ligado
  • ST Aceso, indica algum alarme ativo
  • RX Indica canal serial recebendo dados
  • TX Indica canal serial transmitindo dados

REFERÊNCIA

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A Alfacomp apresentou a TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO com LoraWan

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Por que implantar a telemetria com LoraWan?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de automação e telemetria com LoraWan é necessário para:

  • Garantir o abastecimento da população;
  • Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
  • Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
  • Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
  • Prevenir e minimizar perdas;
  • Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

O que é a tecnologia LoraWan?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT. LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance. Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona. É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração, como é o caso da telemetria do saneamento.

O que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora. Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC). LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa. LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Como funciona a telemetria do saneamento com a tecnologia LoraWan?

O sistema de telemetria é composto por unidades remotas e por um CCO (Centro de Controle e Operação.

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

A comunicação entre as unidades remotas e CCO se pela aplicação de gateways Lora que transmitem e recebem dados da nuvem LoraWAN, através de concentradores de comunicação públicos ou privados.

Unidade remota de telemetria de reservatório com LoraWan

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Unidade remota de telemetria de elevatória com LoraWan

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

  • Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
  • Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada  de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Painel de telemetria com LoraWan

A figura a seguir mostra um exemplo de unidade remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória e reservatórios.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

Outras feiras importante do saneamento

FENASAN – Feira Nacional de Saneamento e Meio Ambiente

ABES –  Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental – Agenda de Cursos e Eventos

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