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Energia Pré- Paga
Curso Técnico de Eletrotécnica
SENAI CIMATEC
Salvador - 2010
SENAI CIMATEC
Curso Técnico em Eletrotécnica
Energia Pré-Paga
Rafaela Silva dos Santos
Davi Lima Santos
Cristovam Amaral
Iraildes Soledade
Resumo
Este trabalho apresenta uma análise de sistemas alternativos de
pagamento de energia elétrica enfocando principalmente a utilização do pré-
pagamento como forma de diminuir perdas comerciais das empresas
distribuidoras de energia. Adicionalmente enfoca o seu uso como forma de
cobrança para consumidores de baixa tensão.
A análise inclui uma breve síntese de experiências no uso do pré-
pagamento no mercado internacional e no mercado nacional em setores como
telefonia e distribuição de água.
Além disso, esse trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de
pagamento de energia elétrica utilizando a tarifa amarela, medidores
analógicos, sensores indutivos e automação. Mostrando os resultados
experimentais e a viabilidade econômica do projeto.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Esquema de disposição das bobinas e do disco do contador
18
Figura 2 - Esquema interno do contador
20
Figura 3 – Esquema do sensor indutivo
21
Figura 4 – Esquema de acionamento do sensor indutivo
22
Figura 5 – Estrutura básica de um CLP
22
Figura 6 – Ciclo de processamento dos CLPs
23
Figura 7 – Lógica do CLP
25
Figura 8 – Tela inicial do Scada
26
Figura 9 – Tela de monitoramento do Scada
26
Figura 10 – Tela de comando do Scada
27
LISTA DE SIGLAS
ANATEL Agência Nacional de Telecomunicações
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
COELBA Companhia de Energia do Estado da Bahia
FGV Fundação Getúlio Vargas
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IDH Índice de desenvolvimento Humano
OCDE Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO..................................................................
................................7
2 Perdas
comerciais..........................................................
................................8
3 Sistemas de pagamentos e tratamento
regulatório..................................11
4 Experiências de países que adotam o pré-
pagamento.............................13
4.1 África do
Sul.................................................................
................................13
4.1.2 UK (Inglaterra,
Escócia)............................................................
................13
5 Experiência no
Brasil..............................................................
.....................15
5.1 Vila de São Tomé, Região
Amazônica........................................................15
6 Metodologia do
desenvolvimento.....................................................
..........15
6.1 Especificações básicas e a escolha da
tecnologia......................................16
6.1.2 Descrição do projeto Energia Pré-
Paga...................................................17
6.1.3 Funcionamento dos materiais utilizados no
projeto.................................18
Medidor de
energia.............................................................
..............................18
Contator....................................................................
.........................................20
Relés.......................................................................
..........................................20
Sensor
Indutivo..............................................................
....................................21
Controlador Lógico Programável
(CLP).............................................................22
Elipse
Scada.................................................................
.....................................24
6.2 Implementação do
projeto.............................................................
..............24
Construção do
Ladder..............................................................
.........................24
6.2.1 Integração ladder e
supervisório........................................................
......25
6.2.2 Descrição do funcionamento do
projeto...................................................27
7
Conclusão..................................................................
...................................28
8
Bibliografia...............................................................
.....................................30
1 INTRODUÇÃO
A automação de sistemas elétricos é cada dia mais constante no mundo
em que vivemos, usando esse modelo de "upgrade" tecnológico é possível
obter-se diversas vantagens, tanto para consumidores quando para os
provedores de serviços.
Atualmente, consumidores residenciais de energia elétrica não têm
muitas opções quando se trata da sua fatura de energia elétrica. A
automação da rede elétrica (Smart Grid) pode providenciar uma flexibilidade
na hora de se optar por um plano de pagamento por este serviço.
A energia pré-paga pode prover em breve algumas vantagens para as
concessionárias, tais como, antecipação da receita, melhor dimensionamento
da sua rede de energia e redução do "furto" de energia elétrica.
O perfil do consumidor brasileiro é o de adequar seu consumo à sua
capacidade de pagamento, assim o setor elétrico poderia aproveitar esse
comportamento de forma positiva e exercer uma forte política contra a
inadimplência. Exemplo disso é o sucesso do telefone pré-pago, segundo a
ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) o respeito ao limite definido
pelo usuário, independente de sua estratificação social é o que motiva
isto.
O enfoque principal deste trabalho é o estudo sobre a utilização de
sistemas de medição de energia pré-pagos a serem implantados em instalações
residenciais.
2 Perdas comerciais
As perdas inerentes ao processo de distribuição de energia elétrica
são constituídas de perdas técnicas e perdas comerciais. As perdas
comerciais ou não técnicas são referentes à energia entregue e não faturada
sendo que, recentemente abrangem também o impacto das ligações clandestinas
no sistema de distribuição. Ou seja, perdas comerciais são relativas à
inadimplência e ao furto. Tomando como exemplo a Eletropaulo avalia-se
pelos dados do IBGE, que existem cerca de 450 mil ligações clandestinas em
um universo de 5,3 milhões de unidades consumidoras.
Segundo Araújo e Siqueira (2006), as perdas no Brasil são da ordem de
15% da energia requerida, ou seja, 46.904 Gwh, sendo 32% correspondente a
perdas não técnicas. Em se calculando pelo preço médio de aquisição de
energia de R$80,01/Mwh pagos pelas distribuidoras, o custo das perdas
comerciais é da ordem de R$1,2 bilhão. Mas em se utilizando o custo médio
de venda de energia de R$ 231,35/Mwh, que incluem os custos de transmissão
e distribuição, o valor da perda comercial subiria para R$4,9 bilhões, ao
qual devem ainda ser acrescentados os tributos que deixam de ser
arrecadados. Efetivamente, estes custos estão sendo rateados pela sociedade
brasileira.
É importante salientar que as perdas se mantêm mesmo com o
desenvolvimento tecnológico, fenômeno que ocorre na maioria dos países fora
da OCDE. É possível verificar que o perfil das perdas do Brasil aproxima-se
dos resultados observados em países menos desenvolvidos.
A perda em países desenvolvidos tem um forte caráter técnico. Nesses
países existem mecanismos legais e tecnológicos para agir em casos de
desvio de energia. O Reino Unido, por exemplo, apresenta um consumo de
337.443 Gwh com uma perda de 9%, ou seja, 30.822 Gwh. Já a África do Sul
apresenta um consumo de 175.430 Gwh, com perdas de 30.969 Gwh, ou seja,
cerca de 17% do consumo total(Fonte: "International Energy Agency:
Electricity in United Kingdom/South Africa in 2003").
As perdas não técnicas no Brasil são notadamente geradas na
distribuição de baixa tensão (Grupo B), seja residencial, comercial ou
industrial. A indústria, nesse caso, é representada principalmente pelos
pequenos negócios onde energia elétrica é insumo importante na composição
do custo de produção e os ganhos apresentam forte competição. Exemplo disso
é o caso de indústrias de reciclagem em geral.
Inadimplência e furto, em particular apresentam um importante fenômeno
cíclico. O fraudador que teve sua energia cortada, em primeiro passo
renegocia com a empresa concessionária o restabelecimento do suprimento de
energia, com pagamento das devidas multas e acertos. Após esse
restabelecimento, esse consumidor continua a utilizar energia acima da
capacidade de pagamento gerando inadimplência, corte e posteriormente
reincidência do furto. Na verdade, os sistemas do controle de consumo de
energia elétrica não apresentam recursos para que esse usuário faça
controle e adequação do seu consumo com sua capacidade de pagamento.
Em um estudo feito por Almeida et. al. 2006, em Salvador, BA, pela
COELBA entre outubro de 2004 e março de 2005 mostrou que as perdas não
técnicas podem ser estratificadas em quatro grandes causas. A tabela 1
apresenta estas causas e suas participações no conjunto total.
As perdas não técnicas no Brasil apresentam uma distribuição muito
heterogênea e complexa. A empresa concessionária Ampla, no interior do
Estado do Rio de Janeiro fez um grande esforço para diminuir o índice de
perda comercial. Em particular, a empresa opera em uma região onde o índice
de perdas comerciais é um dos maiores do país. Em reportagem publicada no
caderno B1 do jornal Valor Econômico na edição de 8-10 de setembro de 2006,
a Ampla informa que as perdas comerciais são da ordem de 17%, menores
apenas que os índices verificados nos estados do Maranhão e Rondônia.
Segundo a empresa, o índice de 2003 era de 23,1% e cada ponto de melhora
teve um impacto de R$ 20 milhões nos seus resultados anuais, ou seja, quase
12% do lucro que em 2005 foi de R$ 173 milhões. A empresa informou que essa
queda foi em função da mudança postural de atuação junto ao cliente, com
reciprocidade de tratamento que, entre as várias iniciativas permitiu que o
seu cliente adaptasse o seu consumo à sua capacidade de pagamento. Um
estudo feito pela FGV, Fundação Getúlio Vargas, para a Ampla revelou que o
mapa do furto de energia é complexo e é maior em locais com ocupações
irregulares ou com altos índices de assassinatos. Em contrapartida, alguns
lugares onde o IDH é maior apresentam paradoxalmente, índices maiores de
furto do que os medidos em locais com IDH menores. Não existe uma
correlação biunívoca entre pobreza e furto de energia e o quadro revela-se
muito complexo envolvendo questões culturais e sociais.
3. Sistemas de pagamentos e tratamento regulatório
No segmento de serviços como telefonia, água e energia co-existem
diversos sistemas de pagamento no Brasil:
Pós-pagamento: a maioria das contas de serviços de distribuição de
água, energia e de telefonia;
Pré-pagamento: telefonia pública e a maioria das contas de
celulares;
Misto: parte é pós-pago (até o limite de crédito da operadora) e o
excedente é suplementado com cartões pré-pagos. Esse sistema está
presente tanto em telefonia fixa, nos telefones semipúblicos e na
telefonia celular.
A Aneel ainda não regulamentou sistemas de pagamento de energia, além
do pós-pagamento existente atualmente. No mundo já foram aplicadas
diferentes tecnologias para pagamento de energia: "token", "memory key",
"smart-cards", cartão magnético, "optical card" e teclado (DICK, 2003).
Alguns sistemas simplesmente desconectam a energia na falta de créditos,
outros, porém disponibilizam um crédito emergencial.
O sistema regulatório brasileiro não trata diretamente de sistemas de
pré-pagamento, mas é detalhado no campo de perdas em transmissão e
distribuição de energia elétrica em três segmentos: o tarifário, o técnico
e o comercial (ARAUJO, SIQUEIRA, 2006). O objetivo do regulador é a busca
da eficiência do setor através de incentivos econômicos. O mecanismo é a
redução do custo de operação sem a predeterminação da remuneração do
capital investido e sem perder a modicidade tarifária. O mecanismo prevê a
apropriação de ganhos de eficiência empresarial e a competitividade. O art.
14 da Lei n°9.427 estabelece que:
"Art. 14: O regime econômico e financeiro da concessão de serviço
público de energia elétrica, conforme estabelecido no respectivo contrato
compreende:
...
"IV – apropriação de ganhos de eficiência empresarial e da
competitividade;"
A necessidade de aumento de geração de energia elétrica é pressionada
pelo alto valor das perdas de distribuição, que no caso brasileiro está
muito distante de países desenvolvidos. O custo marginal de longo prazo de
incremento de geração e distribuição de energia elétrica é muito maior que
o esforço na redução de perdas, e uma ação efetiva sobre as perdas não
técnicas terão resultados mais expressivos, uma vez que elas são itens de
maior peso em perdas.
A estratégia do regulador é de fixar a cada ciclo de negociação um
teto de reconhecimento de perdas da concessionária determinando uma
diminuição gradativa sobre esses números. No processo de revisão tarifária
prevê-se um mecanismo de definição do subnível admitido de perdas não-
técnicas, determinando uma curva decrescente levando a concessionária a
atuar sobre essa questão. Algumas ações são de caráter técnico e outra de
cunho social e de marketing.
Alguns exemplos estão descritos a seguir:
Mecanismo de combate à inadimplência: pré-pagamento, novas formas
de gestão de cobrança de conta e de faturamento, ação social e de
comunicação visando aproximação junto à comunidade.
Mecanismos de combate à fraude: identificação de áreas e de
clientes problemáticos, inclusão social dos usuários não
cadastrados, equipamentos de medição com detecção de fraude,
concentração de medidores em postes¹, etc.
______________________
¹A utilização de medidores em poste foi aprovada pelo Despacho n°401 de 30
de setembro de 1999 e respaldado na Resolução Aneel n°284 de 29 de setembro
de 1999, sendo que os critérios de procedimentos a serem adotados pela
concessionária foram estabelecidos na Resolução Aneel n°258 de 06 de junho
de 2003.
Programas de eficiência energética: para mitigar o desvio de
energia e diminuir os custos de energia de camadas mais pobres na
esfera de atuação da concessionária.
4 Experiências de países que adotam o pré-pagamento
4.1 África do Sul
Sistemas de pré-pagamento foram instalados basicamente para eliminar a
inadimplência doméstica (THORNE, 1995). Particularmente na África do Sul, o
povo boicotou o pagamento de serviços públicos como instrumento de luta
contra o sistema político do "apartheid". Assim, empresas paraestatais como
a Eskom, distribuidora de energia elétrica, implantaram sistema de pré-
pagamento de energia, chamados de dispensadores de energia operando,
inicialmente, com "tokens" criptografados. Outros sistemas foram
implantados como "smart-cards" e "key-pads". A luta social da África do
Sul não ficou circunscrita na área privada, pois a tática de boicote também
foi utilizada por autoridades locais e, como exemplo, o "Soweto Town
Council" acumulou débitos de cerca de R$65 milhões (US$30 milhões) com a
Eskom. O problema da assim chamada "cultura do não pagamento" que se
instalou na África do Sul é um dos grandes problemas a serem superados pelo
Programa de Reconstrução e Desenvolvimento. Os medidores com pré-pagamento
ofereceram por sua vez, uma alternativa viável a esse complicado aspecto
social, pois o assim chamado "dispensador de energia" provê, além da
garantia do pagamento da energia consumida, um meio indireto de controle de
orçamento.
4.1.2 UK (Inglaterra, Escócia)
Existem na Grã-Bretanha cerca de 5,6 milhões de medidores pré-pagos
(fonte: "EA, National Energy Agency", 2004), sendo 15% dos usuários de
energia elétrica (3,6milhões) e 10% dos consumidores de gás (2 milhões).
Como exemplo, apenas na London Energy são 250.000 usuários.
Em 1998, o governo britânico publicou um regulamento denominado "A
Fair Deal for Consumers" (DOBLE, 2000), normalizando a competição nos
mercados de gás e eletricidade e o uso do sistema de pré-pagamento. Em
função do uso desse sistema verificou-se queda nas desconexões dos
usuários.
É importante salientar que durante os invernos de 1995 e 1996 foi
verificado um grande problema no sistema quando um número expressivo de
usuários idosos sem assistência de conhecidos ou parentes ficou sem
energia, pois esses usuários não tinham condições de sair para recarregar
os seus cartões. Ocorrendo inclusive casos de morte em função da falta de
calefação. Identificou-se a necessidade de implantação de um botão de
emergência para gerar um crédito extra sem a necessidade de introdução do
cartão.
As atuais desconexões estão sendo em sua maioria de curta duração e
muitas por razão de conveniência e/ou organização do próprio usuário, como
ausência prolongada e não chegaram a provocar uma dura privação entre os
mesmos. Em pesquisa de 1991, na cidade de Leicester, 88% dos usuários de
pré-pagamento acreditam que esse sistema é bom, pois evita grandes contas e
permite o controle dos gastos.
Em outra pesquisa em Coventry, na mesma época, 87% dos consumidores se
mostraram bastante satisfeitos. Aparentemente, o comportamento dos usuários
é de economizar consumo para manter o fornecimento constante.
5. Experiência no Brasil
5.1 Vila de São Tomé, Região Amazônica
Hoje no Brasil, segundo pesquisas realizadas pelo Governo Federal no
que se refere ao Programa "Luz para Todos", estima-se que cerca de 12
milhões de brasileiros são privados do serviço de eletricidade considerado
essencial, sendo que 10 milhões dessa parcela estão no campo.
Este fato é evidenciado principalmente na Região Amazônica, onde
existem milhares de comunidades isoladas com pouco ou quase nenhuma
possibilidade de serem atendidas pela rede convencional de energia
elétrica, seja por motivos técnicos, econômicos ou políticos.
Por este motivo, para a vila de São Tomé, optou-se pelo emprego de um
tipo de sistema de gestão novo no Brasil, que, dependendo de sua
efetividade técnica e econômica, poderá ser replicado nos demais sistemas
de eletricidade alternativos em áreas isoladas espalhados em todo o
território nacional, ou, ainda, nos sistemas elétricos convencionais
existentes.
O emprego do primeiro sistema de pagamento antecipado pelo serviço de
energia elétrica abre um novo horizonte tanto para os investidores
(problemas com a inadimplência, o corte, o religamento, a emissão e o envio
de fatura são amenizados) quanto para os consumidores (controle efetivo
sobre a sua demanda, implicando ganhos orçamentários e uso eficiente da
energia).
6. Metodologia do desenvolvimento
O objetivo do projeto foi o de desenvolver um sistema de medição e
controle do consumo elétrico através da energia pré-paga. Esse sistema
possui uma interação do medidor analógico, clp e o software de
supervisionamento Scada, sendo que isso é feito por meio de um sensor
indutivo.
01) Análise das alternativas de sistemas de pagamento existentes
- Especificações básicas e a escolha da tecnologia
- Descrição do Projeto Energia Pré-paga
- Funcionamento dos materias utilizados no projeto
02) Implementação do projeto
- Construção do Ladder
- Integração ladder e supervisório
- Descrição do funcionamento do projeto
6.1 Especificações básicas e a escolha da tecnologia
A primeira atividade do projeto foi realizar uma análise dos serviços
e países que utilizam o pré-pagamento. Sendo assim fundamentamos a idéia e
desenvolvemos o projeto de acordo com os recursos disponíveis e de mais
fácil acesso.
O sistema criado permite uma maior comunicação usuário e concessionária,
automação do consumo de energia e uma interface gráfica simples para o
operador.
Principais vantagens do projeto:
1-Recebimento antecipado e garantido para a fornecedora de energia
2-Combate as perdas comerciais
3-Dispensa a emissão de fatura mensal e o trabalho do leiturista
4-O corte e a religação de inadimplentes é efetuado automaticamente,
reduzindo o tempo e os custos que no sistema convencional, recaem para o
usuário
5-Inclusão social, permitindo que mesmo moradores de lugares de
difícil acesso possam pagar para ter o serviço
6-A compra de créditos será de acordo com a situação financeira do
usuário
6.1.2 Descrição do Projeto Energia Pré-paga
A idéia principal do trabalho é a criação de planos de kW contratado,
baseado no estudo prévio da carga instalada do consumidor residencial,
sendo que o cliente pagaria antes de utilizar a energia. Após esta análise,
seria dada uma orientação para que o usuário desse serviço optasse pelo
plano que melhor se adéqüe a sua necessidade.
Seria assinado um contrato com período de vigência de um ano, onde
ficaria ciente o pagamento antecipado pelo serviço, a cada 30 dias seria
disponibilizado o kW contratado e cobrança de multa caso o cliente exceda
sua franquia (o cálculo da multa será efetuado com o valor do kW acima do
convencional).
Com a escolha do plano, o mesmo é configurado no sistema de
monitoramento e controle, sendo que ao atingir 80% da franquia, o usuário
será informado através de uma lâmpada de sinalização amarela e caso
ultrapasse os 100% antes do fim do período de 30 dias, ele entrará na zona
de multa, sendo avisado pelo sinal luminoso vermelho (os dois ficam
próximos ao medidor). Enquanto o cliente não quitar seu débito, ele
continuará na multa e se no prazo de 60 dias não for realizado o pagamento
a unidade será desligada.
Esse sistema tem o intuito de conscientizar as pessoas, para um uso
mais racional da energia. Assim as concessionárias saberiam quanto de
energia iria disponibilizar exatamente, teria sua receita antecipada
(diminuindo a inadimplência), as redes seriam automatizadas (dificultando o
furto de energia). Assim ela seria forçada a diminuir o valor do kW,
beneficiando o consumidor, que por sua vez terá um maior controle de sua
conta de energia.
6.1.3 Funcionamento dos materiais utilizados no projeto
Medidor de energia
A medição de energia elétrica através do contador eletromecânico está
baseada na indução de correntes parasitas em um disco leve de alumínio,
através de uma bobina colocada em série com a carga alimentada, chamada de
bobina de corrente, e sua interação com o campo magnético gerado por uma
bobina de tensão ligada em paralelo com a carga. A interação dos campos
produz um torque no disco, responsável pelo seu movimento de rotação,
enquanto o eixo deste disco está conectado através de engrenagens a um
contador mecânico de rotações com escala em kWh. Um esquema da disposição
das bobinas e do disco em um contador monofásico é mostrado na Fig.1.
Fig. 1- Esquema de disposição das bobinas e do disco do contador
O torque desenvolvido é proporcional à intensidade de campo devido à
bobina de tensão e à corrente parasita induzida no disco pela bobina de
corrente. Como a corrente parasita no disco mantém uma proporcionalidade
com a corrente que passa na bobina de corrente e, simultaneamente, o campo
da bobina de tensão também é proporcional à tensão nela aplicada, o torque
sobre o disco é proporcional ao produto entre a corrente que circula na
bobina de corrente e a tensão aplicada na bobina de tensão. Em símbolos:
Como o produto [IC . VT] é a potência instantânea da carga, o torque
motor sobre o disco é proporcional à potência e não à energia consumida.
Para introduzir uma integração em tempo no sistema, de forma a fazer com
que o número de rotações mantenha proporcionalidade com a energia
consumida, dois pequenos ímãs permanentes são colocados próximos às bordas
opostas do disco. Quando se move em relação aos ímãs o disco sofre indução
de outra corrente, agora devida ao campo estático dos magnetos, que se
encarrega de produzir uma frenagem que evita rotação acelerada e
indefinida. Sem este torque resistente, o disco giraria com velocidade que
seria limitada apenas pelas forças de atrito do sistema. Desta forma há uma
compensação de forças que é suficiente para manter o disco em movimento com
velocidade fixa para cada potência instantânea. Conhecendo a taxa que
relaciona esta velocidade e a potência correspondente, o fabricante do
contador associa um número adequado de engrenagens redutoras e as interliga
com um indicador por tambores rotativos com os números desenhados.
Contator
Contator é um dispositivo eletromecânico que permite a partir de um
circuito de comando efetuar o controle de cargas, num circuito de potência.
Essas cargas podem ser de qualquer tipo, desde tensões diferentes do
circuito de comando, até conter múltiplas fases.
É constituído de uma bobina que quando alimentada cria um campo
magnético no núcleo fixo que por sua vez atrai o núcleo móvel, alterando o
estado dos seus contatos associados. Cessando a alimentação da bobina,
desaparece o campo magnético, provocando o retorno do núcleo através, de
molas, conforme fig. 2.
Fig. 2 – Esquema interno do contator
Relés
Um relé é um interruptor acionado eletricamente. A movimentação física
deste "interruptor" ocorre quando a corrente elétrica percorre as espiras
da bobina do relé, criando assim um campo magnético que por sua vez atrai a
alavanca responsável pela mudança do estado dos contatos. O relé é um
dispositivo eletromecânico ou não, com inúmeras aplicações possíveis em
comutação de contatos elétricos. Servindo para ligar ou desligar
dispositivos. É normal o relé estar ligado a dois circuitos elétricos. No
caso do Relé eletromecânico, a comutação é realizada alimentando-se a
bobina do mesmo.
Quando uma corrente originada no primeiro circuito passa pela bobina,
um campo eletromagnético é gerado, acionando o relé e possibilitando o
funcionamento do segundo circuito. Sendo assim, uma das aplicabilidades do
relé é utilizar-se de baixas correntes para o comando no primeiro circuito,
protegendo o operador das possíveis altas correntes que irão circular no
segundo circuito (contatos).
A mudança de estado dos contatos de um relé ocorre apenas quando há
presença de tensão na bobina que leva os contatos a movimentarem-se para a
posição normal fechado (NF) ou normal aberto (NA) quando esta tensão é
retirada - este princípio aplica-se para relés tudo ou nada.
Sensor Indutivo
São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um
objeto sem a necessidade de contato físico entre sensor e o acionador,
aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a
desgastes mecânicos.
O sensor consiste de uma bobina sobre um núcleo de ferrite, um
oscilador, um circuito de disparo de sinais de comando e um circuito de
saída.
Fig. 3 – Esquema do sensor indutivo
O principio de funcionamento baseia-se na geração de um campo
eletromagnético de alta freqüência, que é desenvolvido por uma bobina
ressonante instalada na face sensora.
A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal
(desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo,
este por correntes de superfície (Foucault) absorve a energia do campo,
diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador.
A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação
continua que comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de
saída.
Fig. 4 - Esquema de acionamento do sensor indutivo
Controlador Lógico Programável (CLP)
Podemos apresentar a estrutura de um CLP dividida em três partes:
entrada, processamento e saída (Figura 5). Os sinais de entrada e saída dos
CLPs podem ser digitais ou analógicos. Existem diversos tipos de módulos de
entrada e saída que se adéquam às necessidades do sistema a ser controlado.
Fig. 5- Estrutura básica de um CLP
Os módulos de entrada e saídas são compostos de grupos de bits,
associados em conjunto de 8 bits (1byte) ou conjunto de 16 bits, de acordo
com o tipo da CPU. As entradas analógicas são módulos conversores A/D, que
convertem um sinal de entrada em um valor digital, normalmente de 12 bits
(4096 combinações). As saídas analógicas são módulos conversores D/A, ou
seja, um valor binário é transformado em um sinal analógico.
Os sinais dos sensores são aplicados às entradas do controlador e a
cada ciclo (varredura) todos esses sinais são lidos e transferidos para a
unidade de memória interna denominada memória imagem de entrada. Estes
sinais são associados entre si e aos sinais internos.
Ao término do ciclo de varredura, os resultados são transferidos à
memória imagem de saída e então aplicados aos terminais de saída. Este
ciclo esta representado na figura 6.
Fig. 6 – Ciclo de processamento dos CLPs
Elipse Scada
O Elipse Scada é um software, que permite monitoramento em tempo real,
através de gráficos e objetos que estão relacionados com as variáveis
físicas de campo. Também é possível fazer acionamentos e enviar ou receber
informações para equipamentos de aquisição de dados. Além disso, através de
sua exclusiva linguagem de programação, é possível automatizar diversas
tarefas a fim de atender as necessidades específicas do projeto.
6.2 Implementação do projeto
Construção do Ladder
A lógica de programação do CLP consiste em uma estrutura simples, composta
por intertravamentos, obtendo a facilidade de ligar e desligar uma
residência sem precisar, de um corte físico. Ele é composto de 4 entradas e
3 saídas.
Fig. 7 – Lógica do CLP
6.2.1 Integração ladder e supervisório
O programa é armazenado na memória do clp, o software scada acessa o
ladder através das tags, criadas a partir de elementos já existentes na
programação.
Com o supervisório podemos comandar e monitorar o projeto, porém isso
só é feito se a comunicação do Clp pela porta serial for fechada, pois os
dois não podem rodar ao mesmo tempo, caso isso acontecesse ocorreria um
conflito.
Fig. 8 – Tela Inicial do Scada
Fig.9 – Tela de Monitoramento do Scada
Fig. 10 - Tela de Comando do Scada
6.2.2 – Descrição do funcionamento do projeto
A maquete didática é acionada de duas maneiras, pelo Scada e
fisicamente pelo botão liga, energizando o relé (as saídas do Clp, mandam
24 Vcc e precisamos de 220 Vac para acionar a bobina da contatora, esse
processo é feito pelo relé), que por sua vez fecha o caminho para a bobina
da contatora, assim que ela é energizada os contatos NA fecham e por ele
passa 110 Vac (vem do transformador monofásico 220/110 Vac), habilitando o
funcionamento do medidor monofásico.
Para que a medição fosse levada para o Clp, utilizamos um sensor
indutivo 24 Vcc de 4 fios (positivo, negativo,NA e NF), no disco do relógio
foi colado um pedaço de alumínio que é detectado pelo sensor por uma certa
distância.Assim conseguimos jogar o pulso dado pelo sensor para um contador
no Clp, ele está programado para marcar o número de voltas do kW
contratado, conseguimos essa relação através da constante de disco (KD:
cada volta do disco corresponde a uma quantidade de energia, no relógio do
projeto equivale a 1,2W).
O ladder possui dois comparadores, o primeiro acionará a lâmpada
amarela pelo relé, indicando que a casa chegou a 80% do consumo do kW
contratado. O segundo comparador acionará o relé que habilita a lâmpada
vermelha, indicando que o consumo excedeu os 100% da franquia e a partir
daquele momento será cobrada a multa.
A mesma lâmpada vermelha aciona um novo contador para a multa e um
temporizador, que cortará a energia da casa, quando o tempo para a quitação
da divida esgotar. Caso o cliente não exceda sua franquia ou pague sua
multa antes do período de 60 dias, o botão reset é acionado zerando o
contador, sem desligar a casa e deixando o processo correr automaticamente.
Todo esse processo pode ser acompanhado pela tela de monitoramento do
Scada, onde existe: um gráfico do consumo X tempo, o número de voltas do
contador do plano e da multa, temporizador, medição em W do plano e da
multa, valor em R$ do plano que já foi pago e da multa (os valores
utilizados no projeto são fictícios). Podemos também comandar o projeto e
acompanhar as lâmpadas de sinalização, tudo isso numa interface simples e
de fácil acesso.
7 Conclusão
Esta dissertação relata o desenvolvimento de um sistema alternativo de
pagamento de energia elétrica. Inclui um estudo sobre as experiências no
uso do pré-pagamento de energia elétrica em outros países e no Brasil.
A experiência brasileira de pré-pagamento existe em outros segmentos
como o de distribuição de água e o de telegonia notadamente em telefonia
celular. Segundo estudos da Anatel, o grande sucesso do celular pré-pago é
o de respeitar o limite de gastos estabelecido pelo consumidor.
Também foi analisada a questão de perdas não comerciais e do esforço
da Aneel em dar sinais econômicos para que as concessionárias atuem no
sentido de diminuir esses valores visando também, diminuir a necessidade de
aumento de produção de energia que é afetada em função dos altos índices de
perdas.
No Brasil, o índice de perdas não comerciais possui uma distribuição
bastante heterogênea entre as diversas concessionárias. Além disso, a
questão do roubo de energia apresenta ciclo vicioso que começa com a
descoberta da fraude, que leva para a renegociação junto à concessionária,
porém mantendo o consumo acima da capacidade de pagamento, que gera
inadimplência, que leva ao corte e, finalmente, a reincidência do furto.
Estudos também revelam um quadro complexo na questão do furto influenciado
tanto por fatores econômicos quanto culturais. Observa-se que na área de
uma mesma concessionária, lugares com maior IDH apresentam índices mais
elevados de furto que outro menor.
O teste do projeto foi realizado com diversos tipos de cargas, no
intuito de avaliar sua eficiência e segurança. Os resultados dos testes
foram bastante positivos o que deixou claro a viabilidade técnica e
econômica do projeto.
8 Bibliografia
ALMEIDA, M. A. S.; SILVEIRA, M.; BASTOS P. R. F.; MICHELI I., DANTAS
P.R.P., , "Metodologia para Identificação de Perdas Não- Técnicas : Matriz
de Perdas", In: SEMINÁRIO NACIONAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA,
17., 2006, Belo Horizonte, Anais, SENDI.XVII. Belo Horizonte, 2006.
ARAUJO; SIQUEIRA, Antonio Carlos M. de; AGUIAR, Claudia. "Considerações
sobre as Perdas na Distribuição de Energia Elétrica no Brasil". In:
SEMINÁRIO NACIONAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, 17., 2006, Belo
Horizonte, Anais, SENDI XVII. Belo Horizonte, 2006.
http://www.energiahoje.com/brasilenergia/noticiario/2006/08/01/267635/energi
a-pre-paga.html
http://www.redebomdia.com.br/Noticias/Economia/6789/Pro+Teste+aponta+falhas+
na+energia+eletrica+pre-paga
http://www.zambezia.co.mz/noticias/80/8009-electricidade-zambezia-energia-
da-rede-chega-as-zonas-de-producao
http://www.jornalcomunicacao.ufpr.br/node/5769
http://www.redeinteligente.com/tag/sistema-pre-pago/
http://angonoticias.com/full_headlines_.php?id=18117
www.sense.com.br
www.coelba.com.br
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Monografia apresentada ao SENAI Cimatec, como parte dos requisitos
necessários para o titulo de Técnico em Eletrotécnica.
