Energia Elétrica, Coceito Qualidade

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Eletricidade

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    tera-feira, 9 de dezembro de 2008 16:46:26

  • ENERGIA ELTRICA: CONCEITO, QUALIDADE

    E TARIFAOGUIA BSICO

    2009

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  • E56

    Energia eltrica: conceito, qualidade e tarifao: guia bsico / Eletrobrs [et al.]. Braslia : IEL/NC, 2008.

    127 p. : il.

    ISBN 978-85-87257-35-2

    1. Energia eltrica 2. Eletricidade 3. Eficincia energtica. I. Eletrobrs II. CNI Confederao Nacio-

    nal da Indstria III. IEL Ncleo Central IV. Ttulo.

    CDU: 621.31

    2008. CNI Confederao Nacional da IndstriaIEL Ncleo CentralELETROBRS Centrais Eltricas Brasileiras S.A.Qualquer parte desta obra poder ser reproduzida, desde que citada a fonte.

    INSTITUTO EUVALDO LODI IEL/Ncleo CentralSetor Bancrio Norte, Quadra 1, Bloco BEdifcio CNC70041-902 Braslia DFTel 61 3317-9080Fax 61 3317-9360www.iel.org.br

    CNIConfederao Nacional da Indstria Setor Bancrio Norte, Quadra 1, Bloco C Edifcio Roberto Simonsen 70040-903 Braslia DF Tel 61 3317- 9001 Fax 61 3317- 9994 www.cni.org.brServio de Atendimento ao Cliente SACTels 61 3317-9989 / 61 [email protected]

    ELETROBRS Centrais Eltricas Brasileiras S.A.Av. Presidente Vargas, 409, 13 andar, Centro 20071-003 Rio de Janeiro RJ Caixa Postal 1639Tel 21 [email protected]

    PROCEL Programa Nacional de Conservao de Energia EltricaAv. Rio Branco, 53, 14 , 15, 19 e 20 andaresCentro, 20090-004 Rio de Janeiro RJ www.eletrobras.com/[email protected] Gratuita 0800 560 506

    PROCEL INDSTRIA Eficincia Energtica IndustrialAv. Rio Branco, 53, 15 andar, Centro20090-004 Rio de Janeiro RJFax 21 2514-5767 www.eletrobras.com/[email protected] Gratuita 0800 560 506

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  • Equipe Tcnica

    ELETROBRS / PROCEL

    Equipe PROCEL INDSTRIAAlvaro Braga Alves PintoBrulio Romano MottaCarlos Aparecido FerreiraCarlos Henrique MoyaHumberto Luiz de OliveiraLucas Vivaqua DiasMarlia Ribeiro SperaRoberto PifferRoberto Ricardo de Araujo Goes

    ColaboradoresGeorge Alves SoaresVanda Alves dos Santos

    CONFEDERAO NACIONAL DA INDUSTRIA CNIDiretoria Executiva DIREX

    DiretorJos Augusto Coelho Fernandes

    Diretor de OperaesRafael Esmeraldo Lucchessi Ramacciotti

    Diretor de Relaes InstitucionaisMarco Antonio Reis Guarita

    Unidade de Competitividade Industrial COMPI

    Gerente-ExecutivoMaurcio Otvio Mendona Jorge

    Gerente de Infra-EstruturaWagner Ferreira Cardoso

    Coordenao TcnicaRodrigo Sarmento Garcia

    SUPERINTENDNCIA DE SERVIOS COMPARTILHADOS SSCrea Compartilhada de Informao e Documentao ACIND

    NormalizaoGabriela Leito

    INSTITUTO EUVALDO LODI IEL / NCLEO CENTRAL

    Gerente-Executivo de OperaesJlio Cezar de Andrade Miranda

    Gerente de Desenvolvimento Empresarial GDEDiana de Mello Jungmann

    Coordenao TcnicaPatrcia Barreto Jacobs

    Gerente de Relaes com o Mercado GRMOto Morato lvares

    Responsvel TcnicoAna Amlia Ribeiro Barbosa

    SENAI / DN

    Gerente-Executivo da Unidade de Educao Profissional UNIEPAlberto Borges de Arajo

    Apoio TcnicoDiana Freitas Silva Nri

    Gerente-Executiva da Unidade de Relaes com o Mercado UNIREMMnica Crtes de Domnico

    SENAI / RS

    ConteudistaPaulo Adolfo Dai Pra Boccasius

    Reviso Pedaggica pelo SENAI / RSAury da Silva Lutz

    Coordenao do projeto pelo SENAI / RSJoseane Machado de Oliveira

    Superviso PedaggicaRegina Averbug

    Editorao EletrnicaLink Design

    Reviso GramaticalMarluce Moreira Salgado

    CONFEDERAO NACIONAL DA INDSTRIA CNI

    PresidenteArmando de Queiroz Monteiro Neto

    INSTITUTO EUVALDO LODI IEL / NCLEO CENTRAL

    Presidente do Conselho SuperiorArmando de Queiroz Monteiro Neto

    Diretor-GeralPaulo Afonso Ferreira

    SuperintendenteCarlos Roberto Rocha Cavalcante

    ELETROBRS / PROCEL

    Presidncia Jos Antnio Muniz Lopes

    Diretoria de TecnologiaUbirajara Rocha Meira

    Departamento de Projetos de Eficincia EnergticaFernando Pinto Dias Perrone

    Diviso de Eficincia Energtica na Indstria e ComrcioMarco Aurlio Ribeiro Gonalves Moreira

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  • SUMRIO

    Apresentao

    Captulo 1 Fundamentos de eletricidade 13Histrico do uso de energia 14Energia e meio ambiente 14Eficincia energtica 16Fundamentos de eletricidade 21Tenso eltrica ou voltagem 24Corrente eltrica 25Freqncia 28Potncia eltrica 29

    Captulo 2 Classificao dos consumidores e tarifaes existentes 33Classificao dos consumidores 34Consumidor do Grupo B 35Consumidor do Grupo A 36Estrutura tarifria 37Tarifa convencional 38Tarifas horosazonais 38

    Tarifa horosazonal verde 41Tarifa horosazonal azul 42

    Anlise das faturas de energia eltrica: vantagens para o consumidor 42

    Captulo 3 Parmetros eltricos 45Parmetros eltricos: definio 46Consumo ativo (kWh) 48Demanda de potncia (kW) 50Demanda faturvel 50Ultrapassagem de demanda 52

    Ultrapassagem de demanda contratada 52Tolerncia de ultrapassagem 52

    Fator de potncia 53Vantagens da correo do fator de potncia 54Causas do baixo fator de potncia 55

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  • Correo do baixo fator de potncia 55Capacitor 56Gerenciadores para correo do fator de potncia 56

    Instalao do gerenciador 56 Registro do fator de potncia na conta de energia 58

    Fator de carga 58Consumo especfico 62Preo mdio 62Impostos 65

    Captulo 4 Qualidade de energia 69Qualidade da energia eltrica 70Desvios da tenso 70

    Desequilbrio de tenso 71Flutuao de tenso 72Afundamento momentneo da tenso Sag 73Elevao momentnea da tenso Swel 73Interrupo total de energia eltrica 74Correntes de curto circuito 75Proteo de alimentadores de cabos e linhas de areas 77Proteo de transformadores 77Proteo de motores 78Variaes de freqncia 78Harmnicas 78Conseqncias das harmnicas 79

    Captulo 5 Usos finais de energia e boas prticas 81Motores eltricos 82Sistema de iluminao 96Sistema de ar comprimido 104Sistema de refrigerao 106Sistema de ar condicionado 109

    Captulo 6 Auditoria de energia 113O que uma auditoria de energia? 114Por onde comear? 115O que buscar? 115Criao da CICE/CIGE 123

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  • Referncias 127

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  • Obter a eficincia energtica significa utilizar processos e equipamen-tos que sejam mais eficientes, reduzindo o desperdcio no consumo de energia eltrica, tanto na produo de bens como na prestao de ser-vios, sem que isso prejudique a sua qualidade.

    necessrio conservar e estimular o uso eficiente da energia eltrica em todos os setores scio-econmicos do Brasil, sendo de grande importncia para o pas a adoo efetiva de medidas de economia de energia e o conseqente impacto destas aes. Neste cenrio destaca-se a indstria, no s pelo elevado potencial de conservao de energia do seu parque, como tambm pela sua capacidade produtiva como fornecedora de produtos e servios para o setor eltrico.

    No mbito das aes que visam criar programas de capacitao voltados para a obteno de eficincia energtica no setor industrial, inclui-se o Curso de Forma-o de Agentes Industriais de Nvel Mdio em Otimizao de Sistemas Motrizes. Este curso tem como objetivo capacitar agentes industriais, tornando-os capazes de identificar, propor e implementar oportunidades de reduo de perdas nas ins-talaes industriais de sistemas motrizes.

    O curso faz parte do conjunto de aes que vm sendo desenvolvidas pelo Go-verno Federal para:

    fomentar aes de eficincia energtica em sistemas motrizes industriais;

    facilitar a capacitao dos agentes industriais de nvel mdio dos diversos subsetores da indstria, para desenvolverem atividades de eficincia ener-gtica;

    apresentar as oportunidades de ganhos de eficincia energtica atravs de economia de energia em sistemas motrizes industriais;

    facilitar a implantao de tecnologias eficientes sob o ponto de vista energ-tico, alm da conscientizao e da difuso de melhores hbitos para a conser-vao de energia.

    APRESENTAO

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  • Como apoio pedaggico para este curso foram elaborados os seguintes guias tcnicos:

    1 Correias Transportadoras

    2 Acoplamento Motor Carga

    3 Metodologia de Realizao de Diagnstico Energtico

    4 Compressores

    5 Ventiladores e Exaustores

    6 Motor Eltrico

    7 Energia Eltrica: Conceito, Qualidade e Tarifao

    8 Acionamento Eletrnico

    9 Bombas

    10 Anlise Econmica de Investimento

    11 Instrumentao e Controle

    Este material didtico Energia Eltrica: Conceitos, Qualidade e Tarifao faz parte do conjunto de guias tcnicos do Curso de Formao de Agentes Industriais de Nvel Mdio em Otimizao de Sistemas Motrizes. Ele um complemento para o estudo, reforando o que foi desenvolvido em sala de aula. tambm uma fonte de consulta, onde voc, participante do curso, pode rever e relembrar os temas abordados no curso.

    Todos os captulos tm a mesma estrutura. Conhea, a seguir, como so desen-volvidos os captulos desse guia.

    Iniciando nossa conversa texto de apresentao do assunto abordado no captulo.

    Objetivos informa os objetivos de aprendizagem a serem atingidos a partir que foi desenvolvido em sala de aula e com o estudo realizado por meio do guia.

    Um desafio para voc apresenta um desafio: uma situao a ser resolvida por voc.

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  • Continuando nossa conversa onde o tema do captulo desenvolvido, tra-zendo informaes para o seu estudo.

    Voltando ao desafio depois de ler, analisar e refletir sobre os assuntos abor-dados no captulo, voc retornar ao desafio proposto, buscando a sua solu-o luz do que foi estudado.

    Resumindo texto que sintetiza os principais assuntos desenvolvidos no ca-ptulo.

    Aprenda mais sugestes para pesquisa e leitura, relacionadas com o tema do captulo, visando ampliar o que voc aprendeu.

    Esperamos que este material didtico contribua para torn-lo um cidado cada vez mais consciente e comprometido em alcanar a eficincia energtica, cola-borando, assim, para que o pas alcance as metas nesse setor e os conseqentes benefcios para a sociedade brasileira e o seu meio ambiente.

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  • 13

    FUNDAMENTOS DE ELETRICIDADE

    Captulo 1

    Iniciando nossa conversa

    Neste captulo so abordados eventos histricos ocorridos no Brasil com relao gerao e usos finais da energia para entender a sua importncia em relao ao momento atual.

    Vamos estudar: como gerada a energia eltrica, seu transporte e distribuio at o consumidor final; a implantao do PROCEL; fundamentos de eletricidade como tenso,corrente, valor eficaz da energia eltrica, freqncia, potncia, con-sumo de energia.

    Vamos verificar porque importante usar de forma racional a energia em suas mais variadas formas.

    Definiremos os conceitos fundamentais da energia eltrica.

    Objetivos

    Os objetivos de estudo deste capitulo so:

    Conhecer o histrico da energia eltrica no Brasil;

    Identificar grandezas eltricas, envolvidas em circuito eltrico, suas unidades de medidas e a grafia destas unidades;

    Identificar o sistema de distribuio de energia em corrente alternada e suas peculiaridades.

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  • 14 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Um desafio para voc

    Imagine que voc recebeu a incumbncia de organizar um grupo de eficincia energtica na sua empresa. Este grupo dever entender que possvel e neces-srio considerar que a energia consumida pode ser gerida de forma tcnica e econmica. Mas para isso, voc ter que motivar os integrantes do grupo e sen-sibiliz-los para importncia do tema. Como? Leia com ateno este captulo e voc ter argumentos para realizar a sua tarefa.

    Continuando nossa conversa

    Histrico do uso de energia

    H dois sculos ocorreu a Revoluo Industrial, na Inglaterra. Essa revoluo se caracterizou pelo domnio da energia pelo homem, permitindo s indstrias mo-vimentarem suas mquinas com o uso do vapor. Isso mudou, de forma radical, as organizaes industriais, uma vez que se iniciou a mecanizao das mquinas, substituindo a mo humana.

    Aps o homem dominar a energia do vapor, uma nova forma de energia comea a ser desenvolvida: a energia eltrica. Em 1878, em Nova Iorque e em Londres constroem-se usinas geradoras de energia eltrica.

    Em 1880, se inicia o ciclo da energia do petrleo, com o uso dos motores de combusto interna.

    Em 1945, surge uma nova forma de energia denominada energia atmica. O do-mnio da energia impulsionou fortemente o progresso da humanidade.

    Segundo Branco (1930) a revoluo industrial transformou o homem. Essa trans-formao mudou a espcie: de Homo Sapiens para o Homo Energticus. Esse novo homem foi escravizado por todas as formas novas de energia.

    Energia e meio ambiente

    Todas as atividades consomem energia. A palavra energia se origina de um vo-cbulo grego, energia, que significa: foras em ao. Conforme, Branco (1930) nas atividades industriais, na construo civil, no transporte de mercadorias, a quantidade de energia necessria cada vez maior, tornando-se hoje um

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  • 15Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    parmetro que mede em uma comunidade ou em um pas o seu grau de de-senvolvimento.

    ainda Branco (1930) que informa que a utilizao das vrias formas de energia, alavancou o desenvolvimento humano. Isso trouxe como conseqncia o uso irracional e o desperdcio de energia, gerando efeitos nocivos na economia no meio ambiente. Para os paises desenvolvidos com produo abundante e barata de combustveis fsseis a motivao para implantar aes de eficincia energ-tica se d pelo lado ambiental. Reduo de poluentes, este o fato motivador. Para a maioria dos paises em desenvolvimento a questo ambiental esta em se-gundo plano, tendo mais importncia a postergao de investimentos por parte dos governos em gerao e transmisso de energia. Esse o fato motivador para implementar aes em eficincia energtica.

    O combate ao desperdcio de energia apresenta dois aspectos:

    economia de recursos, devido postergao de investimentos em sistemas de gerao de energia, permitindo aos governos investirem em aes que be-neficiem a qualidade de vida das populaes, melhorando a sade, educao, saneamento bsico;

    proteo e melhoria das condies ambientais, pelo uso racional dos com-bustveis fsseis, diminuindo as emisses de particulados ou poluio atmos-frica.

    A gesto ambiental empresarial est essencialmente voltada para organizaes, ou seja, companhias, corporaes, firmas, empresas ou instituies e pode ser definida como sendo um conjunto de polti-cas, programas e prticas administrativas e operacionais que levam em conta a sade e a segurana das pessoas e a proteo do meio ambiente por meio da eliminao ou minimizao de impactos e danos ambientais decorrentes do planejamento, implantao, operao, ampliao, realocao ou desativao de empreendimentos ou atividades, incluindo-se todas as fases do ciclo de vida de um produto.

    Fique ligado!

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  • 16 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Eficincia energtica

    De acordo com o Ministrio de Minas e Energia (MME) no seu Balano Energtico (BEN) de 1997-1998, a eficincia energtica um termo tcnico geralmente uti-lizado para destacar a gerao de energia por unidade de energia fornecida ao sistema isto : kWh gerados em uma termoeltrica por unidade de combustveis fornecidos, potncia motora por unidade de energia consumida.

    Costa (1998) ressalta que as mdias mundiais informam fatos que, a todo o mo-mento, se colocam presentes:

    uma inflao em maior ou menor grau em quase todos os pases;

    novas formas e relaes de trabalho surgidas em conseqncia de um forte desemprego em escala mundial;

    uma intensificao do uso do petrleo;

    a necessidade de alimentar uma populao que se multiplica e depende de mecanizaes e automaes.

    Em 30 de dezembro de 1985, os ministrios de Minas e Energia e o da Indstria e do Comrcio, instituem o Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica PROCEL, visando a conservao de energia eltrica no Pas. Para tanto, o MME considerou que existia um elevado potencial de reduo no consumo de ener-gia, (aproximadamente um tero do consumo total de energia), o peso da ener-gia eltrica no balano energtico nacional e a possibilidade de usar de forma eficiente esses recursos.

    O PROCEL nasceu com a finalidade de integrar as aes que visam a conservao de energia eltrica, objetivando maximizar os resultados, divulgar amplamente novas aes na rea de eficientizao de energia e capacitar os atores do cenrio eltrico nacional.

    Fique ligado!

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  • 17Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    O Balano Energtico Nacional (1997-1998) destaca que nos ltimos trinta anos, antes da criao do PROCEL, convivemos, a nvel nacional, com a possibilidade do racionamento de energia por ocasio dos choques do petrleo em 1973 e 1979 e pelos choques financeiros decorrentes das altas taxas de juros internacio-nais e da valorizao do dlar em 1982. A partir dos choques de petrleo ocorri-dos na dcada de setenta (70), houve o primeiro momento onde a conservao de energia se destacou, gerando a necessidade de economia de petrleo e seus derivados. O governo federal, nessa ocasio, atravs do Ministrio da Indstria e Comrcio ofereceu estmulos substituio do leo combustvel utilizado nos processos trmicos nas indstrias, criando o programa CONSERVE.

    Na dcada de oitenta (80), houve uma reduo no consumo de energia causada pela conjuntura recessiva, gerando um excedente. Esse excedente foi comercia-lizado na forma de Energia Garantida por Tempo Determinado (EGTD), incenti-vando o uso de eletricidade em lugar de combustveis fosseis para fins trmicos, a chamada eletrotermia.

    A retomada do crescimento com a conseqente reduo dos excedentes de ele-tricidade e o aviltamento das tarifas de energia, contriburam fortemente com a criao em 1985 do Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica PRO-CEL. A crise mais recente se deu em 2001/2002 reduzindo o j baixo crescimento brasileiro para menos um por cento. O grfico a seguir, demonstra como tem variado o consumo de energia eltrica ao longo dos anos e o crescimento do Produto Interno Bruto do Brasil.

    Grfico1 - Crescimento de energia X PIB

    Fonte: Ministrio de Minas e Energia BEN Balano energtico nacional 1997 - 1998

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  • 18 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    A situao de hoje igualmente no das mais confortveis para o cenrio el-trico nacional. Continuamos dependentes dos nveis de rios para a gerao de energia eltrica e as necessidades de energia por parte da populao so cada vez maiores. A mdia nacional constantemente publica fatos que nos remontam poca do apago ocorrido em 2001. A indstria modernizou sua planta indus-trial, buscou novos arranjos gerenciais, treinou maciamente seus colaboradores e inseriu uma srie de inovaes tecnolgicas nos produtos e nos processos de produo. Segundo a Confederao Nacional da Indstria (CNI), 2002 esse con-junto de fatores foi o responsvel pelo incremento de produtividade, o maior dos ltimos 30 anos.

    A partir da abertura comercial, no incio da dcada de 90, a indstria nacional se inseriu num mercado cada vez mais competitivo. A taxa de produtividade vital para o aumento da competitividade dos produtos brasileiros nos mercados internacionais. Para continuar com esse aumento de produtividade, o pas de-ver superar, ainda, muitos desafios. Para que as empresas possam competir e sobreviver, num mercado cada vez mais globalizado, necessitam acompanhar o ritmo veloz da inovao em novos processos, em novos produtos. O desenvolvi-mento tecnolgico ocorrido na informtica, no universo das telecomunicaes e comunicaes inseriu as empresas em mercados nacionais e mundiais. Nesse cenrio as empresas necessitam melhorar seu desempenho para otimizar seus recursos, entendendo como recursos seus colaboradores, seus equipamentos e instalaes, seus processos tecnolgicos e recursos financeiros.

    Um dos grandes desafios que a indstria nacional precisar superar o desper-dcio de energia nos processos produtivos. Os meios especializados do conta de que a indstria desperdia em torno de aproximadamente 30% da energia utilizada, contribuindo para aumentar ainda mais o chamado Custo Brasil.

    As perdas de energia geralmente esto associadas ineficincia no uso de equipamentos produtivos. Iluminao inadequada, motores superdimensionados, motores operando em vazio, trabalhos mal planejados, equipamentos com falta de manuteno, so fontes de grandes desperdcios de energia.

    Fique ligado!

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  • 19Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    Conservar energia hoje a palavra de ordem nos meios de comunicao. Fala-se em racionamento, blecaute, multa por desperdcio de energia, mas conservar energia deve ser uma busca constante das empresas e no somente nas pocas de crise.

    A conservao de energia est baseada em aes tcnicas e gerenciais que bus-cam eliminar os desperdcios. uma questo de atitude, entendendo que a na-tureza nos fornece os recursos naturais que devero ser socializados com as fu-turas geraes.

    Eficincia energtica obter o mesmo trabalho ou produto final, utilizando menos energia. Ela traz vantagens competitivas que justificam a sua implementao.

    Fique ligado!

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  • 20 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Veja, no quadro a seguir, as principais vantagens da eficincia energtica.

    Eficincia energticaVantagens Conseqncias

    Ganhos para a empresa

    Reduo dos gastos com a energia eltrica.

    Aumento da vida til dos equipamentos eltricos.

    Aumento das condies de competitividade no mercado.

    Oportunidade de crescimento no mercado.

    Ganhos para os empregados

    Garantia do emprego na empresa

    Garantia de benefcios pessoais (extras)

    Oportunidade de novos conhecimentos mediante trei-namento, atualizao e capacitao tcnica.

    Ganhos para a sociedade

    Maior preservao do meio ambiente.

    Diminuio do risco de falncias nas pequenas e mdias empresas.

    Reduo dos investimentos pblicos.

    Ganhos para o setor eltrico

    Postergao de investimentos.

    Melhoraria na qualidade de servios.

    Diminuio do risco de dficit no fornecimento.

    Melhoraria na rentabilidade e na conservao.

    Melhoraria no aproveitamento das instalaes.

    Vamos estudar agora os fundamentos da eletricidade. Voc sabe como gerada a energia eltrica? Como ela chega nas nossas fbricas?

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  • 21Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    Fundamentos de eletricidade

    No Brasil, aproximadamente 84% da energia eltrica gerada por intermdio de recursos hdricos. A hidroenergia possui vrios atrativos:

    facilmente armazenvel na forma de energia potencial, nos lagos, que po-dem ser artificiais;

    o controle da potncia de sada obtido com relativa facilidade e boa eficin-cia;

    apresenta baixo nvel de rudo e vibraes.

    Sua maior limitao como fonte energtica est na disponibilidade; s algumas regies dispem de quedas dgua aproveitveis.

    A energia potencial de uma queda dgua usada para acionar turbinas que, por sua vez, acionam geradores eltricos. Em geral as quedas dgua so artificialmen-te construdas (barragens), formando extensos reservatrios, necessrios para ga-rantir o suprimento em perodos de pouca chuva. No um mtodo totalmente inofensivo para o ambiente. Afinal, os reservatrios ocupam reas enormes, mas um problema consideravelmente menor do que os anteriores. A disponibilidade, porem, totalmente dependente dos recursos hdricos de cada regio.

    Figura 1 Gerao hdrica

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  • 22 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    A gua captada no lago formado pela barragem conduzida at a casa de fora por meio de canais, tneis e/ou condutos metlicos. Aps passar pela turbina hidrulica, na casa de fora, a gua restituda ao leito natural do rio, pelo canal de fuga.

    Turbina hidrulica uma mquina com a fi nalidade de transformar a maior parte da energia de escoamento contnuo da gua que a atravessa em trabalho me-cnico. Consiste, basicamente, de um sistema fi xo hidrulico e de um sistema rotativo hidromecnico destinados, respectivamente, orientao da gua em escoamento e transformao em trabalho mecnico.

    Figura 2 Turbina tipo Francis

    A energia assim gerada levada por cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador at o transformador elevador, onde tem sua tenso (voltagem) ele-vada para adequada conduo, por intermdio de linhas de transmisso, at os centros de consumo. Da, por meio de transformadores abaixadores, a energia tem sua tenso levada a nveis adequados para utilizao pelos consumidores.

    Figura 3 Sistema de transmisso de energia.

    Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 17 ago. 2007.

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  • 23Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    A eletricidade que sai da casa de fora dessas usinas tem de viajar bastante at chegar aos centros consumidores. A eletricidade transportada para as cidades pelos cabos. Fora dos centros urbanos, os cabos so areos, revestidos por ca-madas isolantes e fixados em grandes torres de metal. O conjunto desses cabos forma uma rede de transmisso. As peas mais importantes nas torres de trans-misso so os grandes elementos isolantes de vidro ou porcelana que sustentam os cabos e impedem descargas eltricas.

    Figura 4 Linha de transmisso

    No caso predominante no Brasil (gerao hdrica) a natureza impe os locais onde sejam viveis as construes das barragens. comum, usinas geradoras distantes centenas ou milhares de quilmetros dos grandes centros. Assim, so necessrios meios eficientes de transmitir essa energia

    Aps o gerador, transformadores da subestao elevadora aumentam a tenso para um valor alto. Dependendo da regio, ela pode variar de 69 a 750 kV. Caso a energia eltrica fosse transmitida em baixas tenses, na potncia necessria para atender aos consumidores, a bitola dos condutores seria to grande que tornaria o sistema economicamente invivel.

    Ao final da linha transmisso, transformadores de uma subestao redutora di-minuem a tenso para um valor de distribuio compatvel.

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  • 24 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Figura 5 Sistema de transmisso de energia

    Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 17 ago. 2007.

    A eletricidade produzida nos grandes geradores ou alternadores das usinas , como sugere o nome, de corrente alternada, ou seja, est em constante movi-mento ora em um sentido, ora no outro, o que facilita sua transmisso a grandes distncias.

    A subestao redutora diminui a tenso da linha de transmisso para 13,8 kV, chamada distribuio primria, que o padro geralmente usado nos centros urbanos no Brasil. So aqueles 3 fios que se v normalmente no topo dos postes. Essa tenso primria fornecida aos consumidores de maior porte, os quais, por sua vez, dispem de suas prprias subestaes para rebaixar a tenso ao nvel de alimentao dos seus equipamentos

    A seguir, vamos estudar os conceitos de tenso, corrente eltrica e potncia.

    Tenso eltrica ou voltagem

    As caixas dgua que abastecem as cidades esto colocadas nas regies mais elevadas. Isto se explica pelo fato de que quanto mais alta estiver a caixa dgua maior ser sua presso hidrulica. Com a eletricidade acontece fenmeno seme-lhante e o desnvel da gua chamado, na energia, de tenso eltrica (comumen-te denominada voltagem).

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  • 25Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    Fique ligado!

    Fique ligado!

    Tenso ou voltagem o que promove o fluxo de eletricidade atravs do circuito eltrico e sua unidade o Volts.

    A tenso que existe entre dois pontos pode permanecer constante durante lon-gos intervalos de tempo, mas pode tambm oscilar e at mudar de sentido. A tenso que mantm-se constante chamada tenso contnua.

    A tenso que varia constantemente seu valor e seu sentido chamada alternada e normalmente obedece o formato senoidal com freqncia de 60 Hz.

    Figura 6 Tipos de corrente

    Corrente eltrica

    Quando a caixa dgua est cheia e abrimos o registro, a gua comea a se movi-mentar pelos canos. Este movimento pode ser comparado com a corrente eltri-ca, isto , o movimento de cargas eltricas por meio de condutores.

    O que faz as cargas eltricas se movimentarem a tenso eltrica. A unidade de medida de intensidade de corrente eltrica no sistema internacional o ampere (A), medido por um instrumento chamado ampermetro.

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  • 26 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Figura 7 Ampermetro

    A corrente eltrica o movimento ordenado de cargas eltricas em um condu-tor sujeito a uma diferena de potencial eltrico. Por conveno, o sentido des-ta corrente determinado pelo movimento das cargas positivas no interior do condutor, sendo naturalmente do ponto de maior para o de menor potencial, muito embora o sentido real seja dado pelos eltrons livres que fl uem do ponto de menor potencial ao plo de maior potencial.

    A corrente alternada, ou CA (em ingls AC) uma corrente eltrica cuja magni-tude e direo da corrente varia ciclicamente, ao contrrio da corrente contnua cuja direo permanece constante e que possui plos positivo e negativo defi ni-dos. A forma de onda usual em um circuito de potncia CA senoidal por ser a forma de transmisso de energia mais efi ciente.

    Correntes alternadas so usualmente associadas com tenses alternadas. Uma tenso CA senoidal v pode ser descrita matematicamente como uma funo do tempo, pela seguinte equao:

    v(t) = A x sin(t)

    Dizemos que:

    A a amplitude em volts (tambm chamada de tenso de pico);

    a freqncia angular em radianos por segundo;

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  • 27Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    t o tempo em segundos.

    Como freqncia angular mais interessante para matemticos do que para en-genheiros, esta frmula comumente reescrita assim:

    v(t) = A x sin(2ft)

    Onde:

    f a freqncia cuja unidade o hertz.

    Figura 8 Representao da corrente alternada forma senoidal

    difcil registrar o valor da tenso e corrente alternadas, pois elas esto constan-temente variando com o tempo. Quando elas forem ondas senoidais usa-se o valor eficaz (Vef ), que o valor mdio quadrtico.

    Vef = Vo /2 Uma vez que 1/2 = 0,7 ento Vef = 0,7 x Vo Onde Vo a amplitude

    Geralmente a tenso CA dada quase sempre em seu valor eficaz , que o valor quadrtico mdio desse sinal eltrico (em ingls chamado de root mean square, ou rms), sendo escrita como Vef (ou Vrms). Para uma tenso senoidal:

    Vef = A/2

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  • 28 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Fique ligado!

    O valor eficaz da corrente o valor que deveria ter uma corrente contnua para produzir no resistor o mesmo efeito calorfico que produz a corrente alternada.

    Freqncia

    Se um sinal se repete com o tempo, ele tem uma freqncia de repetio. Essa freqncia medida em Hertz (HZ) e igual ao nmero de vezes que o sinal se repete por segundo (nmero de ciclos por segundo). A alternncia (freqncia) tpica da corrente na rede eltrica domiciliar pode ser vista com facilidade me-diante o uso de um osciloscpio.

    Figura 9 Osciloscpio

    Dado que a CA se repete periodicamente (ciclicamente), uma das caractersticas fundamentais o valor do intervalo de tempo entre repeties (ou ciclos), ou seja, o perodo - T, cuja unidade o segundo - s.

    comum utilizar-se uma outra caracterstica da CA, diretamente relacionada com o perodo a freqncia - f.

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  • 29Captulo 1 Fundamentos de e letr ic idade

    Fique ligado!

    Potncia eltrica

    Situao em que a tenso e corrente unem-se para ligar um motor ou acender uma lmpada. Suas unidades so:

    Watts (W) 1000W = 1kW;

    horse-power (hp) 1hp = 745W; e

    cavalo-vapor (cv) 1 cv = 735W.

    As unidades relacionadas ao trabalho mecnico so:

    cavalo-vapor (1 cv = 735W); e

    horse-power (1 hp = 745W).

    Voltando ao desafio

    O segundo argumento que voc poder propor para motivar o grupo, esta as-sociado a gesto ambiental. As organizaes esto bastante preocupadas com o tema ambiental. Reduo no consumo de energia, aparece diariamente nos noticirios dos jornais, da televiso. Este tema esta bastante difundido, tambm, pelas concessionrias de energia eltrica.

    Resumindo

    Nesse captulo voc estudou:

    Histrico do uso de energia;

    Definio de energia;

    Eficincia energtica;

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  • 30 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Fundamentos de eletricidade;

    Tenso eltrica ou voltagem;

    Corrente eltrica;

    Freqncia; e

    Potncia eltrica.

    Aprenda mais

    Entre no site do PROCEL se voc esta interessado em conhecer mais sobre o tema uso racional de energia.

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  • 33

    CLASSIFICAO DOS CONSUMIDORES E TARIFAES EXISTENTES

    Captulo 2

    Iniciando nossa conversa

    Neste captulo veremos como as concessionrias de energia classificam os con-sumidores.

    Primeiramente, o que considerado um consumidor de energia? Consumido-res de baixa tenso, pertencentes ao grupo B. Consumidores de alta tenso per-tencentes ao grupo A. Que critrios as concessionrias usam para classific-los. Quais as diferenas? Estude este capitulo e descubra as respostas.

    Objetivos

    Ao estudar este capitulo temos como objetivos:

    Conhecer a classificao dos consumidores; e

    Identificar os tipos de consumidores e o tipo de tenses que utilizam.

    Um desafio para voc

    Voc recebeu a fatura de energia eltrica de sua empresa. Constam nela uma srie de dados que classificam a sua empresa como consumidora de energia. Analise a fatura e responda:

    Que tarifao sua empresa contratou?

    A qual grupo de consumidores ela pertence?

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  • 34 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Continuando nossa conversa

    Classificao dos consumidores

    Inicialmente, vamos definir o que so consumidores e uma unidade consumidora.

    Consumidor - a pessoa fsica ou jurdica, comunho de fato ou de direito, legal-mente representada, que solicita ao concessionrio o fornecimento de energia eltrica e responsabiliza-se pelo pagamento das respectivas contas de consumo apresentadas pela concessionria, bem como de todas as obrigaes legais e contratuais.

    Unidade consumidora caracterizada pela entrega de energia eltrica em um s ponto, com medio individualizada, a um consumidor. A cada consumidor pode corresponder uma ou mais unidades de consumo, situadas no mesmo lo-cal ou em locais diversos.

    O consumidor de energia faz com a concessionria um contrato de fornecimento de energia. Para efeito de faturamento, os usurios de energia eltrica so subdivi-didos em funo da tenso (voltagem) de fornecimento em grupo A e grupo B.

    Usurios de energia eltricaGrupo A: consumidores de alta tenso (tenso maior ou igual a 2.300 volts).Grupo B: consumidores de baixa tenso (tenso menor que 2.300 volts).

    Alem da classificao do consumidor, conforme o nvel de tenso existe outra classificao dos grupos de consumidores em decorrncia da classe de consumo que define o setor econmico. Por exemplo, se o consumidor possui um mini mercado, uma padaria classificado como consumidor comercial. Se possui uma pequena tornearia, uma matrizaria classificado como consumidor industrial.

    Conhea agora, mais informaes sobre essas categorias de usurios de energia eltrica.

    Fique ligado!

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  • 35Captulo 2 Class i f icao dos consumidores e tar i faes existentes

    Consumidor do grupo B

    Consumidor do grupo B aquele que recebe energia eltrica na tenso entre 220 e 380 V e tem com a concessionria de energia um contrato de adeso.

    Contrato de adeso um instrumento contratual, com clusulas vinculadas s normas e regulamentos aprovados pela ANEEL, no podendo o contedo das mesmas ser modificado pela concessionria ou consumidor, a ser aceito ou rejei-tado de forma integral.

    Os consumidores do Grupo B (baixa tenso- < 2.300 Volts) so classificados em:

    B1 residencial;

    B2 rural;

    B3 - demais classes; e

    B4 - iluminao pblica.

    Os consumidores de baixa tenso (Grupo B) so classificados ainda de acordo com o nmero de fases.

    So trs os tipos de fornecimento, conforme o nmero de fases:

    Tipo A monofsico dois condutores (uma fase e o neutro);

    Tipo B bifsico trs condutores (duas fases e o neutro); e

    Tipo C trifsico quatro condutores (trs fases e o neutro).

    Para determinao destes, dever ser calculada a carga instalada de cada unida-de consumidora. Esta carga ser o somatrio das potncias nominais de placa dos aparelhos eltricos e das potncias de iluminao declaradas.

    Quando houver cargas de motores, devero ser computadas as suas respectivas quantidades e potncias individuais.

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  • 36 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Figura 10 Instalao eltrica residencial

    Observando o funcionamento de uma instalao eltrica residencial, comercial ou industrial, pode-se constatar que a potncia eltrica consumida varivel a cada instante. Isto ocorre porque nem todas as cargas instaladas esto todas em funcionamento simultneo. A potncia total solicitada pela instalao da rede a cada instante ser, portanto, funo das cargas em operao e da potncia el-trica absorvida por cada uma delas a cada instante

    Consumidor do grupo A

    So os consumidores de alta tenso (tenso maior ou igual a 2.300 volts).

    Para cargas com potncia superior a 75kW inconveniente para a concessionria realizar a alimentao de energia em baixa tenso, pois teria que construir su-bestaes em via pblica e instalar cabos de grande capacidade de corrente em propriedades particulares (empresas).

    Defi ni-se uma subestao como um conjunto de aparelhos e equipamentos destinados a modifi car as caractersticas da energia eltrica (tenso e corrente), permitindo a sua distribuio aos pontos de consumo em nveis adequados de utilizao

    Subestao do consumidor aquela construda em propriedade particular su-prida atravs de alimentadores de distribuio primrios originados da conces-sionria. A partir da subestao a concessionria far o fornecimento em tenso primria de 15 ou 25 kV.

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  • 37Captulo 2 Class i f icao dos consumidores e tar i faes existentes

    Figura 11 Subestao em plataforma

    Os consumidores do grupo A (mdia tenso = 2,3 kV at 69 kV) so classificados em:

    A3 - 69 kV

    A3a -30 kV a 44 kV normal 34,5kV

    A4 - 2,3 kV a 25 kV normal 13,8kV

    AS - sistemas subterrneos

    Estrutura tarifria

    A estrutura tarifria refere-se ao conjunto de tarifas aplicveis aos componentes de consumo de energia eltrica e ou demanda de potncia ativa, de acordo com a modalidade de fornecimento.

    No Brasil, a estrutura tarifria regida pela ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica por meio da Resoluo n 456/2000, que estabelece as Condies Gerais de Fornecimento de Energia Eltrica.

    Fique ligado!

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  • 38 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Analise, a seguir, os tipos de tarifa praticados no Brasil.

    Tarifa convencional

    Vamos entender a terminologia, diferenas, semelhanas e aplicaes da tarifa convencional.

    As tarifas eltricas em vigor so denominadas tarifas binmias, tendo dois com-ponentes bsicas na definio do seu preo:

    um componente relativo medida de potncia eltrica, denominado deman-da, que expressa em kW;

    um componente relativo ao consumo de energia ativa, expresso em kWh.

    A expresso do consumo de energia ativa a seguinte:Preo da conta = tarifa demanda X demanda + tarifa consumo X consumo + impostos

    Este tipo de tarifao no estabelece diferena de preo ao longo das horas do dia, nem leva em considerao os perodos do ano. Para o consumidor tanto faz utilizar a energia eltrica no final da tarde, bem como de madrugada, sendo da mesma forma indiferente o ms da utilizao. At 1981, a tarifao convencional era o nico tipo de tarifa existente.

    Tarifas horosazonais

    Vamos analisar o prximo grfico que expressa como utilizada a energia el-trica de uma cidade, regio etc. ao longo do dia. Este grfico denominado de curva de carga.

    Fique ligado!

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  • 39Captulo 2 Class i f icao dos consumidores e tar i faes existentes

    Grfi co 2 Curva de carga

    Podemos observar que no horrio das 17h s 22 horas, existe um aumento do uso de eletricidade e este aumento se d devido a diversos fatores.

    Neste perodo ligam-se as luzes das ruas, entrando a iluminao pblica. Outro fator que exerce forte infl uncia so os consumos residenciais, com uso de chu-veiros eltricos que, neste intervalo de tempo, esto ligados.

    Outro componente que contribui para o aumento neste horrio so as cargas industriais, isto , empresas que neste perodo permanecem trabalhando.

    O comrcio tambm contribui com este aumento de consumo de eletricidade no horrio das 17h s 22 horas, com da iluminao de vitrines e com os shopping centers, que normalmente encerram suas atividades entre 21 horas e 22 horas. Podemos, ainda, somar a estes componentes os consumidores rurais e outros.

    justamente neste intervalo que o sistema eltrico tem o seu maior carrega-mento, variando um pouco de regio para regio.

    O horrio de maior carregamento eltrico da concessionria denominado horrio de ponta.

    Fique ligado!

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  • 40 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    O mercado eltrico, alm do componente de carga ao longo do dia, varia tam-bm em funo da disponibilidade mdia de gua nos mananciais, ao longo do ano, uma vez que a predominncia da gerao de energia eltrica no Brasil se d com a utilizao de recursos hdricos.

    Em funo da disponibilidade hdrica, foram classificadas duas (2) pocas do ano:

    Perodo seco - compreendido nos meses de maio novembro e que correspon-de ao perodo em que a disponibilidade de gua fluente nos mananciais mni-ma; e

    Perodo mido - compreendido nos meses de dezembro de um ano at abril do ano seguinte, perodo de maior precipitao pluviomtrica.

    Figura 12 Perodo seco e perodo mido

    No horrio de ponta, devido ao maior carregamento das redes de distribuio, cada novo consumidor a ser atendido custar mais concessionria uma vez que para atend-lo haver necessidade de ampliao do sistema.

    O fornecimento de energia no perodo seco leva necessidade de se construir grandes reservatrios para estocagem de gua e, eventualmente, operar com usinas trmicas alimentadas por combustveis derivados do petrleo, o que im-plica aumento de custos para a concessionria.

    Devido a estas caractersticas do comportamento da carga ao longo do dia e ao longo do ano, foi concebida uma estrutura tarifaria denominada horosazonal.

    Perodo mido (PU) Perodo Seco (PS) PU

    Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

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  • 41Captulo 2 Class i f icao dos consumidores e tar i faes existentes

    A tarifao horosazonal aplica preos diferenciados energia eltrica, de acordo com o horrio do dia (horrios de ponta e fora de ponta) e perodo do ano (seco e mido).O objetivo o de estimular o uso de energia eltrica em outros horrios que no sejam de ponta e reduzir o consumo de energia eltrica nos perodos secos.

    A estrutura tarifaria horosazonal passou a ser implantada no Brasil em 1982 aten-dendo inicialmente consumidores ligados em tenso igual ou superior a 69 kV. Posteriormente, a nova modalidade tarifria foi estendida a consumidores liga-dos em tenso inferior a 69 kV e com demanda superior a 500 kW.

    A partir de 11/02/88, por meio da Portaria DNAEE n. 033, esta modalidade tari-fria foi estendida a unidades consumidoras atendidas com tenso abaixo de 69 kV e com demanda inferior a 500 kW.

    Tarifa horosazonal verde

    Modalidade de tarifa que aplica preo nico para a parcela da demanda (kW) e preos diferentes para a parcela do consumo (kWh), de acordo com as horas de utilizao do dia e perodo do ano.

    Quadro 1 Tarifa horosazonal verde

    Fique ligado!

    Horrios do dia Faturamento de Maio a Novembro (Perodo Seco)Faturamento de Dezembro a Abril

    (Perodo mido)Ponta - 3 horas(18:00 s 21:00)

    consumo ponta seca

    consumo ponta mida

    Fora de ponta (21h restantes)

    consumo fora de ponta seca

    consumo fora de ponta mida

    todo o dia(24 horas) demanda nica

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  • 42 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Tarifa horosazonal azul

    Modalidade de tarifa que aplica preos diferentes para a parcela da demanda (kW) e preos diferentes para a parcela do consumo (kWh), de acordo com as horas de utilizao do dia e perodos do ano.

    Quadro 2 - Tarifa horosazonal azul

    Anlise das faturas de energia eltrica: vantagens para o consumidor

    As vantagens para o consumidor no conhecimento das faturas de energia eltri-ca a sua interpretao correta e identificao dos potenciais de economia. Os dados e o histrico do consumo de energia da empresa, podero ser coletados por meio de planilhas especficas, possibilitando a identificao de medidas ad-ministrativas e tcnicas na administrao desse produto. Tomando como base os dados obtidos poder ser implementado um plano de monitoramento men-sal de suas faturas de energia eltrica.

    O enquadramento se d com base na legislao, carga instalada, tenso de for-necimento, classe de consumo da unidade e a regio onde est localizada.

    Existe a possibilidade de enquadramento em mais de um sistema de faturamento.

    De acordo com o subgrupo tarifrio, os consumidores do Grupo A podero fazer a opo tarifria, conforme mostra o quadro a seguir.

    Horrios do dia Faturamento de Maio a Novembro (Perodo Seco)Faturamento de Dezembro a Abril

    (Perodo mido)

    Ponta - 3 horas(18:00 s 21:00)

    consumo - ponta seca demanda - ponta seca

    consumo - ponta mida demanda - ponta mida

    Fora de ponta (21h restantes)

    consumo - fora de ponta seca demanda - fora de ponta seca

    consumo - fora de ponta mida demanda - fora de ponta mida

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  • 43Captulo 2 Class i f icao dos consumidores e tar i faes existentes

    Quadro 3 Modalidade tarifria

    Voltando ao desafio

    Se sua empresa possui transformador prprio e recebe energia eltrica com ten-so entre 15kV e 25 kV ser classificada como empresa do grupo A4. A modalida-de tarifria ser determinada de acordo com a demanda que sua empresa con-tratou. Caso sua empresa no possua transformador prprio e recebe energia eltrica em baixa tenso ser classificada como consumidora do grupo B.

    Resumindo

    Nesse captulo mostramos como a concessionria classifica o consumidor final de energia eltrica. Vimos, ainda, as modalidades tarifrias oferecidas pela con-cessionria de energia e as definies relacionadas com energia eltrica.

    Aprenda mais

    Se voc tiver maior interesse por esse assunto, poder pesquisar em uma publi-cao da ANEEL, chamada Resoluo 456/2000.

    Subgrupo Tarifrio

    MODALIDADE TARIFRIAConvencional THS - Azul THS - Verde

    A1IMPEDIDO

    compulsrio para qualquer valor de

    demanda contratadaIMPEDIDOA2

    A3A3a

    disponvel para contratos inferiores a

    500 kw

    disponvel para contratos a partir de

    50 kw

    disponvel para contratos a partir de

    50 kw

    A4AS

    (subterrneo)

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  • 44

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  • 45

    PARMETROS ELTRICOS

    Captulo 3

    Iniciando nossa conversa

    Neste captulo ser enfocada a interpretao dos parmetros eltricos. Vamos analisar o consumo ativo em kWh, a demanda em kW o fator de potncia, o fator de carga e o preo mdio. Iremos identific-los conforme a tarifao contratada.

    Objetivos

    Os objetivos de estudo deste captulo so:

    Conhecer os parmetros eltricos mais significativos; e

    Identificar os vrios parmetros eltricos que aparecem numa fatura de ener-gia eltrica.

    Um desafio para voc

    De posse da fatura da energia eltrica voc dever reconhecer os parmetros eltricos mais significativos. Qual foi o consumo ativo? Qual foi a demanda fatu-rada? Qual o contrato de demanda feito por sua empresa? Com relao ao fator de potncia sua empresa pagou multa por reativo excedente? Como esta o fator de carga?

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  • 46 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Vamos identificar esses indicadores conforme a modalidade tarifaria contratada junto concessionria.

    Continuando nossa conversa

    Parmetros eltricos: definio

    A matria prima componente de um produto quantificada por seu peso, por nmero de peas, por litros etc. e a energia eltrica avaliada por meio de seus parmetros eltricos.

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  • 47Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Parmetros eltricos so nmeros indicadores que expressam como est sendo utilizada a energia eltrica.

    Os parmetros eltricos podem ser:

    primitivos, isto , por si s so auto-explicativos; e nmeros que esto relacionados com outras variveis e que devem ser cal-

    culados, a partir de algumas frmulas.

    A conta de eletricidade

    Figura 13 Fatura de energia eltrica

    Fique ligado!

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  • 48 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    A conta de eletricidade de cada empresa nica e a partir dela possvel montar um sistema de informaes que nos permite obter os parmetros eltricos. Com esses dados podemos acompanhar a eficincia no uso de energia.

    Os parmetros eltricos mais indicativos so:

    Consumo ativo kWh; Demanda kW; Fator de carga; Fator de potncia;

    Consumo especfico; e

    Preo mdio.

    A seguir, vamos analisar cada um desses parmetros eltricos.

    Consumo ativo (kWh)

    O consumo ativo a quantidade de energia eltrica ativa, expressa em kWh, utilizada durante um perodo de 30 dias ou 730 horas/ms. A energia ativa est intimamente relacionada com a potncia utilizada ao longo do perodo de 730 horas/ms.

    Quanto maior o numero de mquinas utilizadas, lmpadas, aparelhos de ar condicionado, computa-dores ligados etc. maior ser a quantidade de energia consumida.

    Para saber qual foi o consumo ativo de energia eltrica utilizam-se medidores de kWh:

    de ponteiros;

    ciclomtricos.

    Fique ligado!

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  • 49Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Fique ligado!

    Confira na prxima ilustrao.

    Figura 14 Medidor de kwh de ponteiros e ciclomtrico

    A leitura nos medidores feita a partir da subtrao da leitura do ms anterior da leitura do ms atual, multiplicando o resultado pela constante que informada na sua conta de luz.

    Veja, a seguir, um exemplo.

    No ms anterior, em sua conta de energia apareceu um consumo de 150 kWh.

    No medidor de energia de uma casa o leiturista leu 52.320 kWh (leitura atual). A leitura anterior apresentava 52.170 kWh. Para obter a valor igual a 150 kWh, ele diminuiu de 52.320 kWh o valor de 52.170 kWh.

    Nomenclatura utilizada em contas de energia. Consumo ativo ponta indica o consumo ativo (kWh) no segmento de ponta do perodo de faturamento.Consumo fora de ponta indica o consumo ativo (kWh) no segmento de fora de ponta durante o perodo do ciclo de faturamento.Energia ativa ponta indica o consumo ativo (kWh) no segmento de ponta do perodo de faturamento.Energia ativa fora de ponta indica o consumo ativo (kWh) no segmento de fora de ponta durante o perodo do ciclo de faturamento.

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  • 50 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Fique ligado!

    Demanda de potncia (kW)

    uma medida de potncia eltrica expressa em kW.

    A legislao vigente estabelece que, para efeito de faturamento, ser considera-do o maior valor dentre:

    demanda registrada ou demanda verificada por medio; e

    demanda contratada fixada em contrato de fornecimento com a concessionria.

    O grfico a seguir representa a variao da demanda ao longo do dia. Essa varia-o determina a curva de carga diria obtida pela sua empresa.

    Grfico 3 Variao da demanda

    Demanda faturvel

    A demanda faturvel ser o valor mximo de demanda dentre todos os valores registrados nos intervalos de 15 minutos durante o perodo existente entre as coletas de medio.

    A demanda faturvel ou seja o valor de demanda que ser utilizado para o faturamento mensal da conta e aparecer no corpo da conta ser o valor mximo obtido nas demandas registradas no perodo entre as medies.

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  • 51Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Valor mnimo contratvel de demanda

    O menor contrato de demanda existente para unidades consumidoras faturadas no Grupo A com tarifao convencional, horosazonal verde ou horosazonal azul de 30 kW.

    Registro de demanda na conta de energia

    De acordo com a modalidade tarifria de sua empresa, vo aparecer valores de demanda conforme descritos a seguir.

    Demanda de ponta: indica a demanda envolvida no segmento da ponta, seja no perodo seco (S) ou no perodo mido (U).

    Demanda de fora de ponta: indica a demanda envolvida no segmento fora de ponta durante o perodo .

    Demanda contratada de ponta (kW): indica a demanda contratada explcita em contrato - no segmento da ponta seja no perodo seco (S) ou no perodo mido (U).

    Demanda contratada fora de ponta (kW): indica a demanda contratada ex-plcita em contrato - no segmento de fora de ponta seja no perodo seco (S) ou no perodo mido (U).

    Com o uso de gerenciadores de energia podemos controlar os parmetros eltri-cos, tais como, consumo ativo, o valor de demanda, o fator de potncia, alm de outros indicadores, conforme indicado na fi gura a seguir.

    Figura 15 Gerenciador

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  • 52 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Ultrapassagem de demanda

    A sua empresa fez com a concessionria um contrato de demanda. Ao longo do ano a produo poder aumentar, necessitando um maior grupo de mquinas li-gadas. Isso poder causar uma ultrapassagem no valor da demanda contratada.

    Ultrapassagem de demanda contratada

    a parcela da demanda que superar o valor da demanda contratada, no caso de tarifas horosazonais, respeitados os respectivos limites de tolerncia de que trata a legislao (Portaria DNAEE 033 de 11.02.88).

    Tolerncia de ultrapassagem

    Quando a sua empresa ultrapassa os valores de demanda contratada ela pena-lizada por meio de multas. A concessionria estabelece um valor acima do qual a demanda poder ultrapassar a demanda contratada sem pagar multa. A esse valor chamamos de tolerncia de ultrapassagem, conforme descrito a seguir.

    5% subgrupos A1, A2 e A3;

    10% subgrupos A3a, A4 e AS; e

    20% subgrupos A3a, A4 e AS cujas demandas contratadas, no segmento fora de ponta, sejam entre 50 e 100 kW.

    No grfi co, a seguir, est representada a ultrapassagem de demanda. A deman-da contratada de 35 kW. Ao utilizarmos o gerenciador, este no permite que a demanda seja ultrapassada, pois far o desligamento das cargas conforme uma relao de prioridades de desligamentos.

    Grfi co 4 Ultrapassagem de demanda

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  • 53Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Fique ligado!

    Vamos, agora, estudar o fator de potncia.

    Fator de potncia

    O fator de potncia indica quanto da potncia total fornecida (kVA) utilizada como potncia ativa (kW).

    um numero que mostra o grau de efi cincia do uso dos sistemas eltricos.

    Fator de potncia o nmero que indica o quanto de energia eltrica transformada em outras for-mas de energia (relao entre energia ativa e reativa). Energia ativa uma parcela de energia trans-formada em energia trmica, luminosa, etc. (efetivamente transformada em trabalho);Energia reativa a parcela no transformada. Os motores, por exemplo, precisam de parte da ener-gia para funcionar. Esta energia reativa transformada em corrente de magnetizao existente nos motores eltricos e transformadores.

    Podemos utilizar o tringulo das potncias para demonstrar grafi camente estas relaes.

    Figura 16 Tringulo de potncias

    A equao que nos permite calcular o fator de potncia est representada a seguir.

    Fp = kW = cos = cos(arctg kVAR) KVA kW

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  • 54 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    A Resoluo da ANEEL (Agncia Nacional de Energia Eltrica) 456/2000 estabe-leceu:

    o valor do fator de potncia de 0,92, tanto indutivo como capacitivo;

    o ajuste por reativo excedente nas contas de energia eltrica aparece como faturamento do excedente reativo;

    nas contas convencionais, bem como nas horosazonais Verde e Azul, aparece como valores de FER na ponta (P) e fora de ponta (FP) , que significa fatura-mento do consumo de reativo excedente e valores de FDR na ponta (P) e fora de ponta (FP), que significa faturamento de demanda de reativo excedente.

    Muitas empresas no perceberam ainda que podem corrigir o fator de potncia e obter vantagens nessa correo. Leia sobre este assunto a seguir.

    Vantagens da correo do fator de potncia

    As vantagens econmicas da correo do fator de potncia so:

    a reduo no valor das contas de energia eltrica, pois quando o fator de po-tncia indutivo mdio das instalaes consideradas for menor que 92% a con-cessionria aplica uma multa;

    liberao de capacidade eltrica, no sistema de distribuio de energia. Em alguns casos, aps o fator de potncia ser melhorado, possvel adicionar cargas (motores, lmpadas etc.) sem sobrecarregar transformadores e instala-es;

    elevao do nvel de tenso. Quando temos baixa tenso ocasionada por bai-xo fator de potncia a conseqncia a reduo de potncia nos motores;

    menor nvel de iluminamento na iluminao e maior aquecimento nos moto-res condutores etc.;

    ao corrigir o fator de potncia, pode-se elevar a tenso de 4 a 5% o que oca-siona melhora de eficincia no sistema eltrico;

    reduo nas perdas de energia. Os condutores eltricos (fios / cabos) evolu-ram ao longo do tempo, trazendo uma melhora na qualidade do material isolante, o que permite ao condutor trabalhar com temperaturas maiores e uma densidade de carga mais elevada no condutor.

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  • 55Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Existem vrias causas que contribuem para o baixo fator de potncia; Vamos lis-tar algumas.

    Causas do baixo fator de potncia

    Dentre as causas mais comuns que ocorrem no baixo fator de potncia temos:

    motores operando em vazio, isto , mquinas que ficam ligadas, mas no es-to trabalhando;

    motores e transformadores superdimensionados;

    transformadores de muita potncia para atender pequenas cargas. Grande quantidade de motores de pequena potncia;

    lmpadas de descarga fluorescentes, vapor de mercrio, vapor de sdio sem reatores de alto fator de potncia;

    excesso de energia capacitiva, isto , quando para corrigir o fator de potncia colocado excesso de capacitores na rede eltrica.

    Correo do baixo fator de potncia

    Como corrigir o baixo fator de potncia? Fazendo uso de capacitores. Vejamos, ento, o que so capacitores.

    Figura 17 Capacitores

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  • 56 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Capacitor

    um dispositivo capaz de gerar um fluxo de energia eltrica reativa capacitiva, ou seja, com fase oposta energia reativa dos dispositivos indutivos, diminuindo os valores de perda e queda de tenso no sistema eltrico de corrente alternada. So fabricados em diversas potncias como mostrados na tabela a seguir, com os dispositivos de proteo e os condutores apropriados para a sua instalao.

    Tabela 1 Tabela de potncia de capacitores e protees

    Gerenciadores para correo do fator de potncia

    Com as amostras dos sinais de corrente e tenso da rede eltrica o gerenciador mede a tenso, a corrente, a potncia ativa e a potncia reativa, calculando, as-sim, o fator de potncia. Este equipamento tambm pode ser utilizado para a monitorao da rede eltrica. O sensoriamento pode ser feito em redes monof-sicas ou redes trifsicas, sendo que nesta ultima pressupe-se um equilbrio de distribuio de cargas entre as trs fases.

    Instalao do gerenciador

    Existem vrios fabricantes de gerenciadores para a correo do fator de potn-cia. Eles podem ser monofsicos ou trifsicos, e so instalados junto rede el-trica da empresa para perceber as variaes que ocorrem no fator de potncia e corrigi-lo.

    do Banco Seo mnima Fusvel (A) Disjuntor (A)Seo

    mnima Fusvel (A) Disjuntor (A)

    1,0 2,5 6 10 - - -2,5 2,5 10 10 - - -5,0 2,5 25 20 2,5 16 15 ou 167,5 4 36 35 2,5 20 2010,0 6 50 50 2,5 25 2512,5 10 50 50 4,0 36 4015,0 16 63 70 6,0 36 4017,5 16 80 70 6 50 5020,0 25 80 90 10 50 5022,5 25 100 100 10 63 60 ou 6325,0 25 100 125 16 63 60 ou 63

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  • 57Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Figura 18 Esquema ligao fase-fase

    O esquema eltrico mostrado na fi gura anterior esta representando a ligao do gerenciador, como alimentado pela rede e como feito o acionamento dos capacitores pelos diversos canais de sada.

    O grfi co de fator de potncia horrio apresentado a seguir mostra como varia esse parmetro, ao longo do tempo. Esse tempo representa 24 horas em uma empresa.

    Grfi co 5 Fator de potncia horrio

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  • 58 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    A Resoluo da ANEEL 456/2000 estabeleceu:

    O valor do fator de potncia 0,92, tanto indutivo como capacitivo;

    O ajuste por reativo excedente nas contas de energia eltrica aparece como faturamento do excedente reativo;

    Nas contas convencionais bem como nas horosazonais Verde e Azul aparece como valores de FER na Ponta (P) e Fora de Ponta (FP), que significa fatura-mento do consumo de Reativo Excedente e Valores de FDR na Ponta (P) e Fora de Ponta (FP) que significa faturamento da Demanda de Reativo Excedente;

    Registro do fator de potncia na conta de energia

    Energia reativa: ponta indica o consumo reativo (kVarh) no segmento de pon-ta do perodo de faturamento;

    Energia reativa fora de ponta: indica o consumo reativo (kVarh) no segmento de fora de ponta do ciclo de faturamento;

    Valor DMCR ponta: indica o montante de demanda no segmento de ponta do ciclo de faturamento, devido unidade consumidora estar com fator de potncia inferior a 0,92;

    Valor DMCR fora de ponta: indica o montante de demanda no segmento de fora de ponta do ciclo de faturamento, no perodo devido unidade estar com fator de potncia inferior a 0,92;

    Valor UFER ponta: indica o montante de consumo no segmento de ponta do ciclo de faturamento, devido unidade consumidora estar com fator de po-tncia inferior a 0,92;

    Valor UFER fora de ponta: indica o montante de consumo no segmento de fora de ponta do ciclo de faturamento, no perodo indutivo, devido unidade consumidora estar com fator de potncia inferior a 0,92;

    Demanda reativa excedente ponta indica: o montante de demanda no seg-mento de ponta do ciclo de faturamento, devido unidade consumidora es-tar com fator de potncia inferior a 0,92;

    Demanda reativa excedente fora de ponta: indica o montante de demanda no segmento de fora de ponta do ciclo de faturamento, no perodo indutivo, devido a unidade estar com fator de potncia inferior a 0,92.

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  • 59Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Fator de carga

    O fator de carga um parmetro eltrico que expressa o grau de utilizao da demanda mxima de potncia. Este indicador varia de zero (0) a um (1).

    Um fator de carga baixo indica que houve concentrao no consumo de energia eltrica em um per-odo curto de tempo, isto , se sua empresa liga quase todas as mquinas, luminrias e demais apare-lhos por um pequeno intervalo de tempo, o fator de carga ser baixo.

    Existem tabelas de valores dos fatores de carga por tipo de atividades e por po-tncia instalada.

    Na tabela inserida a seguir no texto aparecem dois indicadores. O primeiro in-dicador que aparece o fator de demanda (FD). Esse fator utilizado, quando se pretende dimensionar a capacidade instalada da subestao. Esse dimensio-namento feito de acordo com uma demanda provvel. O fator de demanda uma das variveis do clculo, para dimensionarmos a potncia dos transforma-dores e dispositivos de seccionamento e proteo.

    O segundo indicador o fator de carga (FC). Esse indicador nos mostra como foi utilizada a demanda mxima na nossa empresa. Ele relaciona a demanda mdia, com a demanda mxima, ao longo do tempo.

    Fique ligado!

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  • 60 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Tabela 2 Tabela de fator de carga

    Os programas de conservao de energia focam na combinao otimizada da manuteno da quantidade de produto fabricado pela empresa manuteno do consumo til (kWh) - porm com efetiva reduo de picos de demanda (kW) deslocando a operao de certas mquinas para outros intervalos de baixo con-sumo na curva de carga da instalao e na otimizao dos sistemas de ilumina-o e refrigerao do sistema reduzindo o consumo no operacional ou reativo (kWh ou kvarh)

    SETOR INDUSTRIAL FD FCExtrao de minerais 0,58 0,19Produtos de minerais no metlicos 0,63 0,30Metalurgia 0,30 0,26Mecnica 0,31 0,25Material eltrico e de comunicao 0,42 0,30Material de transporte 0,33 0,27Madeira 0,37 0,20Mobilirio 0,37 0,24Celulose, papel e papelo 0,52 0,53Borracha, qumica, produtos farmacuticos e veterinrios 0,44 0,32Couros e peles 0,38 0,54Produtos de matria plstica 0,51 0,38Txtil 0,45 0,39Vesturios, calados e artefatos de tecidos 0,46 0,26Produtos alimentares 0,57 0,30Bebidas 0,48 0,30Indstria de transformaes diversas 0,36 0,24Indstria de construes 0,43 0,30

    ATIVIDADE COMERCIAL FD FCComrcio varejista 0,53 0,45Servio de transporte 0,28 0,40Servio de alojamento e alimentao 0,37 0,37Servio de reparao, manuteno e conservao 0,35 0,31Servios pessoais 0,32 0,28Servios comerciais 0,34 0,33Escritrios 0,44 0,45Entidades financeiras 0,60 0,29Fundaes; entidades no lucrativas 0,41 0,28Servio de comunicaes 0,25 0,40CLASSE DE RENDA FD FCResidencial 0,31 0,34Industrial 0,50 0,31Comrcio, servios e outras atividades 0,38 0,33Rural 0,33 0,36Poderes pblicos 0,26 0,34Servios pblicos 0,63 0,54

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  • 61Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Os valores dos fatores de carga podem ser calculados conforme as frmulas a seguir.

    Fator de carga na ponta: indica o fator de carga no segmento de ponta, da uni-dade consumidora.

    Fator de carga em fora de ponta: indica o fator de carga no segmento de fora de ponta da unidade consumidora.

    Tarifa convencional

    Fc =consumo mensal (kWh)

    730 horas x demanda (kW)

    Tarifa horo-sazonal azul

    FcP =Consumo ponta

    DP x 66

    FcFP =

    Consumo fora de ponta DFP x 664

    Tarifa horo-sazonal verde

    FcFP =

    Obs: Esta frmula se aplica quando a empresa gerar sua prpria energia eltrica

    por meio de gerador, ou desligar suas cargas no horrio de ponta e no tiver

    consumo neste horrio.

    Consumo FP DFP x 664

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  • 62 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Consumo especfi co

    Esse indicador mostra como usamos a energia eltrica para fabricar nossos pro-dutos. Com o clculo do consumo especfi co estabelecemos uma relao entre o uso de energia e a produo no processo industrial. Verifi camos quanto necessi-tamos de energia para fabricar uma unidade de produto.

    O consumo especfi co um indicador pelo qual podemos verifi car se estamos mais efi cientes ou menos efi cientes no uso da energia, pois ele nos mostra a va-riao de energia por unidade de produo

    Os objetivos gerais da obteno do indicador consumo especifi co so:

    Usar uma quantidade maior ou menor de energia para fabricar os produtos. Podemos acompanhar mensalmente como varia esse indicador e sua tendn-cia, se est aumentando o consumo ou diminuindo (benchmarks internos).

    Comparar o consumo especfi co com benchmarks externos. Existem associa-es, rgos de classe, sindicatos que pesquisam de forma geral indicadores relacionados a suas atividades. Por exemplo, quantidade necessria de ener-gia eltrica para fundir uma tonelada de ferro fundido, quantidade necessria de energia para curtir um metro quadrado de couro etc. Podemos comparar a nossa empresa, com os dados nacionais e internacionais do uso de energia eltrica.

    Veja a seguir a frmula empregada no clculo do consumo especifi co.

    Preo mdio

    Esse parmetro eltrico faz uma composio entre a tarifa da demanda com a tarifa do consumo e, juntamente com o fator de carga, estabelece quanto custa um kWh para a unidade consumidora .

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  • 63Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    Fique ligado!

    O preo mdio de eletricidade um parmetro que defi ne o custo da energia eltrica para uma unida-de consumidora, resultado das tarifas aplicadas e do regime de operao.

    Confi ra, a seguir, as frmulas para o clculo do preo mdio das tarifas.

    Onde:

    Pm - Preo mdio do KWh consumido;

    TD - Tarifa da demanda (R$/kW);

    TC - Tarifa de consumo de energia eltrica (R$/kW);

    FC - Fator de carga.

    Clculo do preo mdio para tarifa verde:

    Tarifa Verde

    Para o clculo mdio da tarifa verde usa-se a frmula:

    Onde:

    Pm - preo mdio (R$/kWh);

    TD -Tarifa da demanda (R$/kW);

    FC - Fator de carga;

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  • 64 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    CP - Consumo de ponta (kWh);

    CT - Consumo total (kWh);

    TCp - Tarifa de consumo na ponta (R$/kWh);

    TCfp - Tarifa de consumo fora de ponta (R$/kWh).

    Tarifa Azul

    A frmula para calcularmos o preo mdio nesta modalidade :

    Onde:

    Pm - preo mdio (R$/kWh);

    CP - Consumo de ponta (kWh)

    CT - Consumo total (kWh)

    TDp - Tarifa da demanda na ponta (R$/kW)

    FCp - Fator de carga na ponta

    TCP - Tarifa de consumo na ponta (R$/kWh);

    TDfp - Tarifa da demanda fora de ponta (R$/kW)

    FC - Fator de carga;

    TCfp - Tarifa de consumo fora de ponta (R$/kWh).

    O preo mdio na ponta calcula-se da seguinte forma:

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  • 65Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    O preo mdio fora de ponta calcula-se da seguinte forma:

    Impostos

    O ICMS um tributo de competncia dos governos estaduais e do Distrito Fe-deral, previsto no pargrafo 3, do artigo 155, da Constituio Federal. O ICMS cobrado de forma diferenciada na conta de energia eltrica no territrio brasilei-ro. Cada estado da federao defi niu um valor de alquotas que so aplicados s diferentes classes de consumidores. A energia eltrica est sujeita a incidncia do ICMS por ser considerada uma mercadoria.

    O ICMS incide sobre o fornecimento de energia eltrica e devido por alquotas aplicveis sobre o importe da conta. Na classe residencial, a aplicao da alquo-ta de acordo com o consumo mensal.

    O ICMS calculado sobre o importe da conta de energia, segundo a seguinte frmula:

    onde:

    I - Importe da conta em R$;

    A - Alquota do ICMS em %.

    Voltando ao desafi o

    Aps analisar os parmetros eltricos indicados na conta de energia de sua em-presa voc pode verifi car a modalidade tarifaria contratada, pois esse indicador esta na conta de energia. Voc verifi ca a demanda contratada e se a ultrapassou. Observa se sua empresa necessita corrigir o fator de potncia pois esta pagando multa por reativo excedente.

    ICMS = I x A I - A

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  • 66 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    A fatura que aparece anteriormente um modelo de uma concessionria do Rio Grande do Sul, a Companhia Estadual de Energia Eletria - CEEE. Nela podemos verificar:

    a modalidade tarifaria contratada;

    os valores de demanda contratado nos perodos midos e secos;

    os indicadores eltricos, os chamados parmetros eltricos;

    os valores monetrios;

    os impostos pagos.

    Pela anlise da fatura podemos identificar:

    a empresa tem um contrato horosazonal verde e pertence ao setor comercial;

    os valores de demanda contratada no perodo mido e seco so iguais, 330 kW;

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  • 67Captulo 3 Parmetros e ltr icos

    a empresa apresenta consumo em kWh no horrio de ponta;

    esta apresentando problemas com o fator de potncia pois aparece consumo reativo excedente em ponta e fora de ponta.

    Resumindo

    Nesse captulo vimos como calcular os diversos indicadores, chamados de pa-rmetros eltricos. Esses indicadores mostram o comportamento eltrico da em-presa. So importantes na tomada de deciso, na substituio de equipamentos eltricos, de processos que envolvam mais ou menos consumo de energia.

    Aprenda mais

    Se voc tiver maior interesse por esse assunto, poder consultar o software Ener-gia Inteligente, do SEBRAE/RS.

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  • 68

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  • 69

    QUALIDADE DE ENERGIA

    Captulo 4

    Iniciando nossa conversa

    Neste captulo so abordados os fenmenos de subtenso, sobretenso, tran-sientes ou transitrios. Esses fenmenos esto relacionados com a qualidade da energia eltrica utilizada em sua empresa. Tambm apresentam relaes tcnica e econmica j que as protees que utilizamos nas empresas devem, na medida do possvel, interromper transientes que possam causar danos ao equipamen-to, operadores e pessoas envolvidas. A interrupo no fornecimento de energia causa danos econmicos, pois em muitos casos os processos trmicos envolvem refratrios que necessitam serem refeitos

    Objetivos

    Ao estudar estes assuntos, so nossos objetivos:

    Conhecer os fenmenos envolvidos com a qualidade da energia eltrica;

    Identificar os tipos de falhas que podem ocorrer no fornecimento e no uso de energia na sua empresa.

    Um desafio para voc

    Um vendedor de equipamentos eltricos procurou sua empresa, para vender um filtro para eliminar transientes de rede. Falou das vantagens da supresso dos transitrios, focou dados relativos a qualidade de energia e como ela afeta a vida til dos equipamentos. Falou sobre os inconvenientes das baixas tenses, das sobretenses e de como eles influenciam a durabilidade dos equipamentos. Falou das harmnicas e de como elas afetam economicamente a sua empresa. Voc vai comprar?

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  • 70 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Continuando nossa conversa

    Qualidade da energia eltrica

    Sistemas de potncia apresentam vrios defeitos. Os defeitos geram interrup-es no fornecimento de energia e podem causar danos nos equipamentos, de-feitos como:

    curto circuito;

    sobrecargas;

    sobretenses; e

    fases abertas em motores.

    A qualidade do projeto eltrico e dos equipamentos envolvidos na instalao so fatores para a reduo da ocorrncia de defeitos. Vamos, ento, estud-la a seguir.

    Desvios da tenso

    A qualidade da energia eltrica est relacionada com qualquer desvio que possa ocorrer na magnitude, forma de onda ou freqncia da tenso e/ou corrente eltrica. Esta designao tambm se aplica s interrupes de natureza perma-nente ou transitria que afetam o desempenho da transmisso, distribuio e utilizao da energia eltrica.

    Entre esses desvios destacamos alguns considerados os mais importantes:

    desequilbrio de tenso;

    flutuao de tenso;

    afundamento momentneo da tenso Sag;

    elevao momentnea da tenso Swel;

    interrupo total de energia eltrica;

    variaes de freqncia;

    harmnicas.

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  • 71Captulo 4 Qual idade de energia

    Ateno!

    Esses desvios podem ocorrer em vrias partes do sistema de energia, seja nas instalaes de consumidores ou no sistema supridor da concessionria. O pro-blema da qualidade de energia vem se agravando em todo o mundo por varias razes, das quais destacamos algumas:

    instalao cada vez maior de cargas no-lineares. A crescente automao, a substituio de chaves de partida por inversores de freqncia e o uso cada vez maior de CLPs, aumentam os nveis de distores harmnicas e podem levar o sistema a condies de ressonncia;

    maior sensibilidade por parte dos equipamentos instalados aos efeitos (dis-trbios) de qualidade de energia.

    Em alguns ramos de atividade, como nos segmentos txteis, siderrgicos e petroqumicos, os impactos econmicos da qualidade da energia so grandes. A interrupo no fornecimento de energia mesmo que por breves instantes causa de grandes prejuzos tcnicos e econmicos.

    Desequilbrio de tenso

    As principais fontes geradoras de desequilbrio de tenso so a presena de equipamentos como:

    equipamentos monofsicos;

    fornos a arco; e

    fornos a induo.

    Pelo lado da concessionria, as origens destes desequilbrios esto geralmente nos sistemas de distribuio, que possuem cargas monofsicas distribudas ina-dequadamente, fazendo surgir no circuito tenses de seqncia negativa.

    Pelo lado da instalao consumidora esse problema aumentado quando consumi-dores alimentados de forma trifsica possuem uma m distribuio de carga em seus circuitos internos, impondo correntes desequilibradas no circuito da concessionria.

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  • 72 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    O desequilbrio de tenso fi ca bastante agravado no uso de motores eltricos pois, com a variao da tenso, varia a potncia, conforme o grfi co apresentado a seguir.

    Grfi co 6 - Variao do motor em relao s tenses

    Flutuao de tenso

    Flutuaes de tenso correspondem a variaes sistemticas dos valores efi ca-zes da tenso de suprimento dentro da faixa compreendida entre 0,95 e 1,05 pu. As fl utuaes so causadas geralmente por cargas industriais e manifestam-se de diferentes formas.

    Nos motores eltricos apresentam oscilaes de potncia, torque e queda de rendimento .

    Nos sistemas luminosos apresentam interferncia nos sistemas de proteo e efeito icker ou cintilao luminosa.

    A causa da fl utuao de tenso nos sistemas industriais, geralmente, se deve a partida direta (sem utilizao de chaves estrela tringulo, compensadoras, softs-tarter) de motores de grande potncia.

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  • 73Captulo 4 Qual idade de energia

    Afundamento momentneo da tenso Sag

    Em geral os afundamentos momentneos de tenso, Sags, respondem por cerca de 87% de todos os distrbios eltricos. Chama-se interrupo de curta durao quando a tenso de suprimento cai para um valor menor que 0,1 pu por um pe-rodo de tempo no superior a 1 minuto, o que geralmente ocorre por faltas no sistema de energia, falhas de equipamentos e mau funcionamento de sistemas de controle. Na prxima ilustrao voc v o registro de um sag.

    Figura 19 Sag

    Elevao momentnea da tenso Swel

    Uma sobretenso de curta durao ou swell definida como um aumento en-tre 1,1 e 1,8 pu na tenso eficaz, na freqncia da rede, com durao entre 0,5 ciclo a 1 minuto. Este fenmeno pode estar associado sada de grandes blocos de cargas ou energizao de grandes bancos de capacitores, porm, com uma incidncia pequena se comparada com as sobretenses provenien-tes de faltas fase-terra nas redes de transmisso e distribuio. Esse efeito de sobretenso causa de vrios transtornos e diminuio da vida til de equipa-mentos eletrnicos.

    A severidade de um swell durante uma condio de falta funo do local da fal-ta, da impedncia do sistema e do aterramento. Sua durao est intimamente ligada aos ajustes dos dispositivos de proteo, natureza da falta (permanente ou temporria) e sua localizao na rede eltrica.

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  • 74 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Veja, a seguir, uma ilustrao que mostra alguns desvios de tenso, harmnicas e interrupo.

    Figura 20 Representao de transientes

    Interrupo total de energia eltrica

    As interrupes no fornecimento de energia, normalmente, esto associadas a fenmenos transitrios. Os transitrios so fenmenos eletromagnticos oriun-dos de alteraes sbitas nas condies operacionais de um sistema de energia eltrica. Geralmente, a durao de um transitrio muito pequena, mas de gran-de importncia, uma vez que submete equipamentos a grandes solicitaes de tenso e/ou corrente.

    Existem dois tipos de transitrios: os impulsivos, causados por descargas atmos-fricas, e os oscilatrios, causados por chaveamentos.

    O transitrio impulsivo (normalmente causado por descargas atmosfricas) pode ser definido como uma alterao repentina nas condies de regime permanen-te da tenso, corrente, ou ambas, caracterizando-se por apresentar impulsos unidirecionais em polaridade (positivo ou negativo) e com freqncia bastante diferente daquela da rede eltrica. Observe na ilustrao a seguir.

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  • 75Captulo 4 Qual idade de energia

    Ateno!

    Grfico 7 Corrente transitria

    A seguir vamos estudar as correntes de curto circuito, talvez as mais conhecidas por serem citadas em noticirios como as provveis causas de incndio em pr-dios residenciais e comerciais.

    Correntes de curto circuito

    As correntes de curto-circuito so provenientes de falhas ou defeitos graves da instalao tais como:

    falha ou rompimento da isolao entre fase e terra;

    falha ou rompimento da isolao entre fase e neutro;

    falha ou rompimento da isolao entre fases distintas.

    Como conseqncia, as correntes de curto-circuito produzem correntes extrema-mente elevadas na ordem de 1000% a 10000% do valor da corrente nominal.

    A corrente de curto circuito o pior tipo de defeito da qualidade de energia eltrica pois est geral-mente associada a acidentes e riscos de incndios.

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  • 76 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Os efeitos das correntes de curto-circuito:

    dependem da intensidade e durao;

    manifestam-se brusca, dinmica e termicamente em todos os componentes da instalao eltrica.

    A corrente de curto-circuito a responsvel pelo aparecimento do efeito trmi-co, causador de incndios.

    Nas ilustraes a seguir esto representadas correntes de curto circuito.

    Figura 21 Correntes de curto circuito

    Protees

    Sistemas de potncia apresentam vrios defeitos. Os defeitos geram interrup-es no fornecimento de energia e podem causar danos nos equipamentos, de-feitos como:

    Curto circuito;

    Sobrecargas;

    Sobretenses; e

    Fases abertas em motores.

    Para diminuir os efeitos danosos dos defeitos listados anteriormente fazemos o uso de dispositivos de proteo.

    Vamos estudar, agora os tipos de protees utilizadas em alguns equipamentos eltricos.

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  • 77Captulo 4 Qual idade de energia

    Ateno!

    Fique ligado!

    Proteo de alimentadores de cabos e de linhas areas

    Os alimentadores de cabos e linhas areas devem ser protegidos contra curtos circuitos. O curto circuito em cabos ou linhas pode provocar:

    fuso dos condutores;

    queima da capa isolante dos cabos;

    riscos de danos para os equipamentos conectados tais como transformado-res, geradores e motores.

    A proteo das linhas e cabos das instalaes industriais feita com o emprego de dispositivos de sobrecorrente. Fusveis, disjuntores a seco e rels de sobrecorrente so os equipamentos utilizados

    Proteo de transformadores

    A proteo dos transformadores pode ser mais ou menos complexa dependendo da sua importncia (subestao distribuio, subestao em cabine particular).

    Os transformadores de pequeno porte (1000 kVA) so protegidos unicamente por dispositivos de sobrecorrente. Fusveis e disjuntores so os mais utilizados.

    Os transformadores de qualquer tamanho que sejam conectados diretamente a linhas areas devem ser providos de pra-raios.

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  • 78 Energia e ltr ica : conceitos, qual idade e tar i fao

    Proteo de motores

    Nos circuitos de motores h em princpio dois tipos de proteo:

    de motores contra sobrecarga; e

    dos circuitos (terminais e de distribuio) contra correntes de curtos circuitos.

    Variaes de freqncia

    As variaes na freqncia de um sistema eltrico so definidas como sendo des-vios no valor da freqncia fundamental deste sistema (50 ou 60Hz). A freqn-cia do sistema de potncia est diretamente associada velocidade de rotao dos geradores que suprem o sistema. Pequenas variaes de freqncia podem ser observadas como resultado do balano dinmico entre carga e gerao no caso de alguma alterao (variaes na faixa de 60 0,5Hz).

    No caso da gerao prpria nas indstrias, com uso de geradores, na eventua-lidade de um distrbio, a magnitude e o tempo de permanncia das mquinas operando fora da velocidade resultam em desvios da freqncia em propores mais significativas.

    Harmnicas

    As correntes harmnicas so geradas pelas cargas no-lineares conectadas a rede. A circulao das correntes harmnicas geram tenses harmnicas por meio das impedncias da rede e, ento, uma