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Atitude Editorial

 

 

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Dispositivo de gerenciamento de energia elétrica

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Edição 45, Outubro de 2009

Por Danilo Dias da Rosa, Fernando Yamada Juvino Araujo, Miler Luglio Bochi, Rafael Navarenho de Souza, Rodrigo Del Aguila Lopes, Rodrigo Hidemitsu Yamaki e Salvador Pinillos Gimenez

Nesta seção, são publicados trabalhos desenvolvidos durante a graduação ou a pós-graduação de profissionais de engenharia elétrica. Publicado semestralmente, este espaço oferece a possibilidade de o estudante divulgar seu trabalho para o mei o técnico, desde que o estudo obedeça aos critérios de pesquisa, inovação e viabilidade.

Apresentamos, neste mês, um projeto desenvolvido pelos estudantes Danilo Dias da Rosa, Fernando Yamada Juvino Araujo, Miler Luglio Bochi, Rafael Navarenho de Souza, Rodrigo Del Aguila Lopes e Rodrigo Hidemitsu Yamaki, do Centro Universitário da FEI, orientados pelo professor Salvador Pinillos Gimezes.

O trabalho consiste na criação de um Dispositivo de Gerenciamento de Energia Elétrica (DGEE), cuja finalidade é monitorar os principais parâmetros pertinentes à energia elétrica que é recebida da concessionária em tempo real. O mecanismo permite que o usuário do sistema implante uma política de racionamento de energia elétrica em que controles efetivos possam ser implantados e visualizados por meio de relatórios gerenciais e percebidos por alarmes. Sendo possível, desse modo, a adoção de um plano de ação para redução de custos inerentes ao consumo de energia elétrica.

Dispositivo de gerenciamento de energia elétrica

O Dispositivo de Gerenciamento de Energia Elétrica (DGEE) consiste basicamente de um quadro elétrico trifásico, de um controlador lógico programável (CLP) e um supervisório para monitorar os valores eficazes da corrente elétrica e da tensão elétrica, do fator de potência, da demanda e do consumo de energia elétrica, utilizando a interface de comunicação OCP (OLE, Objeto de Ligação Embarcado para Controle de Processo), que permite ao usuário acessar em tempo real tais parâmetros do CLP e disponibilizá-los em diferentes servidores, onde estão sendo rodados o supervisório. A comunicação entre o DGEE e os servidores é feita por uma rede sem fio, pela interface de comunicação serial da Radiometrix.

Devido aos elevados custos da geração e da distribuição da energia elétrica e a escassez de recursos naturais, o uso racional de energia elétrica é de fundamental importância para um país e, portanto, a possibilidade de realizar o seu gerenciamento e o controle pode trazer inúmeros benefícios à sociedade com um todo. Ter a possibilidade de monitorar e armazenar os dados dos parâmetros da energia elétrica de residências, prédios, fábricas e empresas, tais como a potência ativa, a potência reativa, o fator de potência, os valores efetivos e de pico das tensões e correntes afim de reduzir o desperdício e o custo de consumo, vai ao encontro com a política do consumo racional de energia elétrica.

A maioria das empresas está empenhada em realizar o racionamento da energia elétrica, tentando respeitar um fator de potência mínimo de 0,92, exigido pelas concessionárias, e evitar exceder a demanda contratada. Nesse sentido, um dispositivo gerenciador de energia elétrica torna-se de vital importância.

DESCRIÇÃO DO CIRCUITO

Dois tipos de circuitos foram implantados, em que o primeiro é chamado de circuito de potência e o segundo é o circuito de controle. O circuito de potência é responsável pelo interfaceamento com a rede elétrica para a aquisição dos dados de energia elétrica (corrente, tensão, potência ativa, reativa e fator de potência) e o circuito de controle é responsável pelo tratamento dos dados medidos e pela comunicação via wireless com o servidor contendo o supervisório.

O CLP utilizado neste contém um rack para sete slots, sendo o primeiro slot correspondente à CPU,  quatro placas analógicas (quatro slots), uma placa de saída com relé (um slot) e a última de entrada digital 24V (um slot).

As correntes elétricas de cada fase são medidas por meio de três conjuntos transformadores de corrente (transformador de corrente, termoplástico, 60 Hz, F.T. 1,2 x In 0,6kV classe 0,6C 5,0 – tipo janela redonda para cabo Ø24mm, relação 50/5A) e transdutores de corrente (transdutor corrente alternada - modelo AA-01, entrada 0....5Aac, saída 4....20 mAcc, classe precisão 0,25%, alimentação auxiliar 220 Vca, 60 Hz – ficha técnica K0019), cujas entradas são de 0 A a 5 A e suas saídas variam linearmente de 4 mA a 20 mA, que são conectadas às entradas analógicas do CLP e, por meio de um programa escrito em Ladder, são convertidas para valores digitais, que são armazenados na memória do CLP.

Em seguida, esses dados são transmitidos serialmente por comunicação sem fio (wireless), via interface da Radiometrix, para os servidores. Para medir as tensões de cada fase foram utilizados três conjuntos de transformadores de 220 V/ 6 V e ponte retificadora de onda completa com filtro. Para medir as potências ativa, reativa e aparente e o cos - foram usados três conjuntos de transformadores de corrente e um transdutor de potência ativa e reativa (transdutor de potência analógico – ficha técnica K0018). A Figura 1 apresenta o esquema elétrico para a aquisição dos parâmetros da energia elétrica a serem controlados.

Figura 1 – Esquema elétrico da interface para aquisição dos parâmetros de controle da energia elétrica

 

As variáveis de controle do DGEE são armazenadas na memória do CLP e transmitidas serialmente via wireless para o servidor, em intervalos de tempo pré-programados pelo operador, para que o supervisório possa gerar os relatórios gerenciais (gráficos da tensão, corrente, potência ativa, reativa e aparente e cos ? em função do tempo, de falhas de energia elétrica e da qualidade da energia fornecida pela concessionária). Dependendo da condição de consumo e do valor do cos ?, o sistema pode desativar determinadas ¬cargas por meio da interface das saídas digitais do CLP, dentro de certa prioridade especificada pelo operador. Essas cargas desativadas são definidas por uma tabela de desacionamento de cargas, ou seja, quando a demanda for maior que a demanda contratada ou cos ? for menor que 0,92, por um intervalo de tempo superior ao especificado no supervisório, determinadas cargas podem ser desativadas, seguindo a tabela de prioridade de desacionamento de cargas.

 

Figura 2 – Fotografia do DGEE, que mostra o sistema completo. Da esquerda para a direita: cargas (conjunto de lâmpadas), o frontal do gabinete com display e teclado, em cima do gabinete, o Radiometrix (wireless) e o notebook rodando o supervisório.

 

A Figura 3 apresenta uma fotografia da parte interna do DGEE.

Figura 3 – Parte interna do DGEE

SUPERVISÓRIO em DELPHI 6

O programa supervisório é implementado em linguagem Delphi 6 e é responsável por receber dados seriais dos parâmetros da energia elétrica, via interface Radiometrix, do CLP, emitir alarmes sonoros quando ocorrer um evento (condição de consumo maior que o contratado ou um cos  menor que 0,92), gerar os relatórios gerenciais e por desativar ou ativar determinadas cargas, por enviar um comando ao CLP. Na aplicação desenvolvida, é possível monitorar a corrente elétrica, a tensão elétrica, o fator de potência, a demanda e o consumo para gerenciar o uso racional de energia elétrica.

INTERFACE DE COMUNICAÇÃO OPC

O programa supervisório elaborado em Delphi utilizou como base o padrão OPC (OLE, Object Linking and Embedding for Process Control) para fazer a comunicação serial entre a plataforma Windows, através do Delphi, e o CLP, que facilitou demasiadamente a implantação do DGEE.

 

ALARMES GERADOS PELO DGEE

Se os valores configurados pelo operador da demanda e do fator de potência não forem atendidos, o DGEE registra tais eventos ao longo do tempo no banco de dados do supervisório e sinaliza um evento, gerando um alarme na tela principal do supervisório. Com essa sistemática o operador pode atuar no desacionamento das cargas para evitar custos adicionais de consumo de energia elétrica (multas), até que a situação volte aos padrões estipulados no supervisório.

 

CONCLUSÃO

Monitorar os principais parâmetros da energia elétrica em tempo real por meio de um DGEE a longa distância, usando comunicação sem fio (wireless), permite ao usuário adotar medidas de contenção e preventivas pela verificação dos eventos (alarmes) e, consequentemente, prevenir custos adicionais de consumo de energia elétrica e também ao uso consciente de energia elétrica.

Outra grande vantagem para o usuário do DGEE é permitir o confronto do que é cobrado pela concessionária com os dados dos relatórios mensais de consumo de energia elétrica, pois atualmente há uma grande carência de produtos desse tipo a um custo relativamente baixo, como é o caso daquele proposto por este projeto de conclusão de curso. As falhas (falta de fornecimento de energia elétrica e má qualidade da energia elétrica) da concessionária também podem ser negociadas com o usuário do sistema.

 

 

REFERÊNCIAS

 

BARBI, I, “Power Eletronics” , UFSC, 1981.

COTRIM, Ademaro A. M. Bittencourt, “Instalações elétricas,” São Paulo: Rio de Janeiro: Access Intelligence.

NOLL, V.; Fassheber, C.Jr.; Bonacorso, N.G.; Schmidt, I. e Souza, A.A. Correção Ativa de Fator de Potência Trifásico Usando Microcontrolador. Revista de Automação e Tecnologia da Informação, v.2, n.1, janeiro/junho de 2003.

SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Microeletrônica. 4. ed. São Paulo ; Rio de Janeiro: Makron, c2000.

BLUE, Ted.; KASTER, John; LIEF, Greg; SCOTT, Loren, “Desenvolvendo bancos de dados em Delphi”, Rio de Janeiro: Makron, c1997.

Borland Press, “Borland Delphi 6 Passo A Passo Lite”, São Paulo: Makron: Pearson Education do Brasil, p. 202, p. 2002.

LEÃO, Marcelo. Borland Delphi 6: curso básico & rápido. Rio de Janeiro: Axcel, c2001

BURKE, Thomas J., “The Performance and Throughput of OPC, A Rockwell Software Perspective”, Rockwell Software Inc., 1998.

CHISHOLM, Al., “DCOM, OPC and Performance Issues”, Intellution Inc., 1998.

Documentação do site da OPC Foundation: www.opcfoundation.org data de 19/10/09

IWANITZ, Frank and Lange, Jürgen. “OLE for Process Control – Fundamentals, Implementation and Application”, Hüthig Verlag Heidelberg, 2001, 200 p.

 


 

Danilo Dias da Rosa, Fernando Yamada Juvino Araujo, Miler Luglio Bochi, Rafael Navarenho de Souza, Rodrigo Del Aguila Lopes, Rodrigo Hidemitsu Yamaki são engenheiros graduados no Centro Universitário da FEI em dezembro de 2008, no curso de Engenharia Elétrica, ênfase Eletrônica. Salvador Pinillos Gimenez é professor orientador do projeto de final de curso do Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo (SP).O Centro Universitário da FEI promove a cada semestre uma feira dos dez melhores trabalhos de conclusão de curso intitulada “Elexpo”. Aberta ao público em geral, a feira tem o intuito de promover e divulgar os projetos e a capacidade técnica dos alunos de engenharia elétrica à comunidade. O DGEE foi o vencedor da 35ª edição da Elexpo, que ocorreu no segundo semestre de 2008 |http://www.fei.edu.br/eletrica/elexpo.htm

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