PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISTrabalho Interdisciplinar TI em Engenharia Eletrnica

Rodrigo Lopes EvangelistaWarley VerteloHudson CordeiroFabricio Braga

REDE DE DISTRIBUIO DE ENERGIA DE BAIXA TENSO ANTIFURTO

Belo Horizonte2013Rodrigo Lopes EvangelistaWarley VerteloHudson CordeiroFabricio Braga

REDE DE DISTRIBUIO DE ENERGIA DE BAIXA TENSO ANTIFURTO

Trabalho apresentado disciplina Engenharia Eletrnica e de Telecomunicao, do Instituto Politcnico da Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais.

Orientadora: Thelma Virginia

Belo Horizonte2013Rodrigo Lopes EvangelistaWarley VerteloHudson CordeiroFabricio Braga

REDE DE DISTRIBUIO DE ENERGIA DE BAIXA TENSO ANTIFURTOTrabalho apresentado disciplina Engenharia Eletrnica e de Telecomunicao, do Instituto Politcnico da Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais.

.Orientadora: Thelma Virginia

Belo Horizonte 2013AGRADECIMENTOS

A todos que contriburam para a realizao deste trabalho, fica expresso aqui a nossa gratido, especialmente: Professora Thelma Virginia, pela orientao, pelo incentivo e apoio em todos os momentos necessrios. Aos colegas de classe, pela rica troca de experincias. A todos que, de alguma forma, contriburam para este projeto.

Algumas pessoas acham que foco significa dizer sim para a coisa em que voc vai se focar. Mas no nada disso. Significa dizer no s centenas de outras boas ideias que existem. Voc precisa selecionar cuidadosamente. (Steve Jobs, 2008)

RESUMO

O projeto tem como objetivo propor na maquete, uma alternativa tecnolgica utilizando a eletrnica de potncia e as demais disciplinas do curso de engenharia eletrnica e de Telecomunicaes para reduzir o prejuzo da populao e do governo decorrentes do furto de energia eltrica. O Trabalho consiste em propor uma alternativa para os padres convencionas de funcionamento da rede eltrica de baixa tenso em localidades com altos ndices de desvios de energia eltrica, criando uma espcie de codificao do sistema, ou seja, a maioria das ligaes clandestinas realizadas so efetuadas com fios no padronizados pela concessionria e ligados direto na rede de distribuio de baixa tenso. Criando este sistema, apenas os consumidores regulares com os medidores conversores conseguiro utilizar a energia eltrica distribuda pela rede do projeto.A parte tcnica do projeto consiste em cinco etapas: Etapa osciladora.Esta parte do circuito encarrega-se de gerar uma oscilao igual oscilao que o fornecedor de servio de eletricidade nos fornece na entrada de rede. Para alguns pases esta freqncia de 50 Hz em outros 60 Hz; Etapa amplificadora.O circuito amplificador num inversor destina-se a elevar o valor dos pulsos do oscilador de modo a que esses pulsos de oscilao sejam utilizados pela etapa elevadora de tenso. Etapa elevadora.Encarrega-se de elevar a tenso a 120 ou 220 V, esta funo est a cargo de um transformador elevador. Etapa de fornecimento de corrente continua.Esta etapa composta pelas pontes retificadoras de corrente (diodos). Etapa de fornecimento de corrente alterna.Esta etapa recebe a corrente do sector de distribuio de energia eltrica (transformadores).

Palavras- Chave: Energia eltrica Furto de energia eltrica. Ligaes Clandestinas. Rede de distribuio de baixa tenso. Medidores conversores. Frequncia. Transformador. Circuito amplificador. Corrente continua. Corrente alternada.

ABSTRACT

The project aims to propose the model, an alternative technology using power electronics and other disciplines of engineering degree in electronics and telecommunications to reduce the loss of population and government arising from the theft of electricity.The work is to propose an alternative to the standards convencionas network operating low voltage power in locations with high levels of diversion of electricity, creating a kind of coding system, ie, the majority of illegal connections made are made with wires are not standardized by the dealership and direct connected network of low voltage distribution. Creating this system, just regular consumers with meters converters were able to use the electricity distributed by the network design.The technical part of the project consists of five steps: Step oscillator. This part of the circuit is responsible for generating an oscillation equal to sway the service provider provides electricity in the network input. For some countries this frequency is 50 Hz to 60 Hz other; Step amplifier. An inverter amplifier circuit designed to increase the value of the oscillator pulses so that these pulses are used by the oscillation stage lift with tension. Step lift. Undertakes to raise the voltage to 120 or 220 V, this function is in charge of a transformer. Step supply current. This step consists of the current bridge rectifiers (diodes). Step alternating current supply. This step gets the power sector electricity distribution (transformers).

Keywords: Electricity Theft of electricity. Clandestine Connections. Network of low voltage distribution. Meters converters. Frequency. Transformed. Amplifier circuit. Dc. AC.SUMRIO

1 INTRODUO....................................91.1 FURTO DE ENERGIA ELTRICA NO BRASIL...92 FUNCIONAMENTO DO PROJETO...................................................................................93 TRANSFORMANDO A CORRENTE ALTERNADA EM CORRENTE CONTNUA..103.1 MEDIDOR CONVERSOR..............................................................................................10 3.2 FUNCIONAMENTO DO MEDIDOR CONVERSOR...................................................113.3 FUNCIONAMENTO DO CIRCUITO INTEGRADO 4047B........................................113.4 FUNCIONAMENTO DA PARTE DE MEDIO........................................................114 INTERDICIPLINARIDADE..............................................................................................125 CONCLUSO....................................................................................................................15REFERNCIAS.......................................................................................................................16

1 INTRODUOO Trabalho apresentado vem propor um mtodo utilizando da eletrnica de potncia uma alternativa de segurana para as concessionrias de energia eltrica , a populao e o governo, referentes ao furto de energia eltrica no sistema de distribuio de baixas tenso de energia eltrica.Muitas vezes os consumidores de energia, com o objetivo de reduzir sua conta mensal, adotam medidas criminosas como fraudes e furtos. Alm de extremamente perigosas pessoa que manipula os cabos de energia, essa atitude acaba onerando as concessionrias de energia eltrica e todos os demais associados.1.1 FURTO DE ENERGIA ELTRICA NO BRASILOBrasil mundialmente conhecido pelo famigerado jeitinho brasileiro, que seria a habilidade de se conseguir as coisas de formas no muito adequadas, fugindo da tica em favor do benefcio prprio. O tal jeitinho bem ilustrado pelaLei de Grson, na qual se postula que o importante levar vantagem em tudo. E o gato (ligao clandestina de energia eltrica) um sintoma da adoo da Lei de Grson por muitas pessoas, que correm um enorme risco apenas para no ter custos com a energia eltrica.Segundo aANEEL(Agncia Nacional de Energia Eltrica), ofurto de energia eltrica causa prejuzos da ordem de 5 bilhes de Reais por ano aos cofres pblicos. Sem mencionar o perigo para a vida de quem faz a ligao clandestina e para a vida dos outros ao redor, risco de incndios, interrupo do fornecimento de energia e muitas outras consequncias que afetam no somente o criminoso, mas toda a comunidade sua volta.O custo da energia eltrica e sua distribuio dividido entre os clientes da companhia eltrica. Isso significa que ofurto de energia tem um impacto direto sobre a tarifao do servio. Se uma pessoa pratica o furto de energia eltrica, saiba que o aumento nas tarifas tem uma parcela de culpa dela.

2 FUNCIONAMENTO DO PROJETOA primeira parte do projeto comea ainda na rede de distribuio de energia eltrica. Hoje a rede de energia eltrica residencial possu as seguintes configuraes:A rede primria de mdia tenso trifsica Corrente alternada de 60 Hertz, com tenses entre 13,8 kilovolts a 24 kilovolts e a rede de baixa tenso corrente alternada de 60 Hertz, com tenses nominais de 120 volts 127 volts e tenso composta de 220 volts, um transformador trifsico abaixador que recebe no seu primrio ligado em delta a mdia tenso e solta no seu secundrio ligado em estrela a baixa tenso 127 volts e 220 volts.A maioria dos equipamentos eltricos e eletrnicos residenciais so fabricados para funcionar nestas configuraes, por isso o projeto propem uma alterao nas formas convencionais. Converter a Corrente alternada da baixa tenso em corrente continua atravs de pontes retificadoras de potencia na rede de distribuio, com isso a maioria dos equipamentos no funcionariam se fossem ligados antes da medio. Agora entra os medidores conversores que recebem a corrente continua e converte novamente em corrente alternada j na sada do cliente. 3 TRANSFORMANDO A CORRENTE ALTERNADA EM CORRENTE CONTINUAA estrutura do projeto composta de um transformador trifsico com seu primrio conectado em delta e o seu secundrio conectado em estrela, 3 diodos e a carga, como se pode ser observado na figura 1.

Figura 1

A carga utilizada pode ser resistiva, capacitiva, indutiva ou mista. Cada diodo associado a uma das fases da rede. Nesse tipo de retificador indispensvel o emprego do neutro do sistema de alimentao.Neste caso a estrutura da rede no precisa ser alterada apenas a instalao das pontes retificadoras nos transformadores.3.1 MEDIDOR CONVERSOREste equipamento esta encarregado de converter novamente a corrente de continua para alternada e registrar o consumo de energia consumida.O conversor CC/CA tem como objetivo converter a tenso continua (CC) em uma tenso alternada (CA) comfrequncia e amplitude desejada. Os inversores tem ampla aplicao no controle de motores de corrente alternada, aquecimento indutivo, sistemas no-break e sistemas depotncia. O funcionamento do conversor CC/CA baseia-se no chaveamento dos IGBTs vrias vezes por ciclo gerando um trem de pulsos. Caso aumente-se a frequncia de chaveamento dos IGBTs, tambm aumenta a frequncia datenso alternada na carga. Como os transistores operam como chaves (corte ou saturao) a forma de sada do inversor senoidal.3.2 FUNCIONAMENTO DO MEDIDOR CONVERSOR

Figura 2 A Figura 2 mostra o circuito inversor da maquete que pode alimentar cargas com potncia mxima de 40W. Liga se uma corrente contnua entre os terminais + e - do circuito. O fusvel serve para proteger os componentes de sobrecorrentes. O Diodo 1N4001 garante que tenses negativas geradas pela indutncia de disperso/magnetizaodotransformadorpassem para o CI 4047B, esse circuito juntamente com o capacitor de 100n e resistores de 3k3 e 33k desempenha o papel de oscilador. O zener de 10V, resistor de 150R e capacitor 100uF forma a fonte de alimentao do CI4047, de 10 Vcc a partir de 12Vcc. Os resistores de 470R limitam a corrente de sada do 4047 e soresponsveis por acionar o BC337, esses transistores amplificam o sinal alternada e acionam os TIP3055. Os transistores de potncia TIP3055excitam o primaria do transformador com uma tenso alternada de amplitude igual a 12 volts, no secundrio do transformador aparece uma tenso de 110 ou 220 volts.3.3 FUNCIONAMENTO DO CIRCUITO INTEGRADO 4047BO circuito integrado 4047B monoltico, disponvel em 14 terminas e encapsulado com uma dupla camada de plstico e cermica. O circuito integrado 4047B consiste em um multivibrador astvel deparvel com tcnicas de lgica incorporados a permitir uma ao de multivibrador monoestvel positivo ou negativo e opes de contagem externas. 3.4 FUNCIONAMENTO DA PARTE DE MEDIOO conjunto medio consiste nada mais do que um wattmetro ou seja, o circuito logico recebe dos sensores que capitam a tenso e a corrente consumida pulsos que so lidos e calculados e so convertidos pelo microcontrole na sada pelo totalizador numrico.4 INTERDICIPLINARIDADENa matria de qumica geral , utilizaremos a substncia percloreto de ferro para confeccionar a placa de circuito impresso. vamos entender como o percloreto de ferro funciona. A substncia vendida no mercado com o nome usual de Percloreto de Ferro o cloreto de ferro trivalente. Existem duas formas de cloreto de ferro, o bivalente (FeCl2) e o trivalente (FeCl3). O ferro trivalente um oxidante forte. Em contato com metais como o cobre ocorre a seguinte reao:

2 FeCl3 + Cu 2 FeCl2 + CuCl2

Na reao, o cobre foi oxidado e passou a fazer parte da soluo na forma de cloreto de cobre. O ferro trivalente foi reduzido a ferro bivalente e no mais um oxidante forte. A beleza deste processo que o cobre desaparece sem gerar gs ou outro resduo. No entanto a concentrao de ferro trivalente diminui e a soluo fica menos eficaz.Na matria de clculo e geometria analtica, utilizaremos as seguintes frmulas para calcular as formas de onda de sada e tenso do medidor conversor:

Totalmente controlado ( SCR's ) : Tenso de sada.Semi controlado ( DIODOS E SCR's ) : Tenso de sada.

VMAX: Tenso Mxima de Entrada; - p : nmero de pulsos da tenso de sada do retificador para um ciclo dongulo de disparo ( ) dos SCR's. Quanto faixa de operao: I; I; II e IV Quadrantes.I Quadrante: VMDIO e IMDIO > 0Retificador controlado: 0 90 SEMI-CONTROLADO : 0 180I Quadrante: VMDIO > e IMDIO < 0; Retificador controlado dual: 90 180.I Quadrante: VMDIO e IMDIO < 0; Retificador controlado dual: 0 90.IV Quadrante: VMDIO < e IMDIO > 0; Retificador controlado: 90 180.VMDIO: valor mdio da tenso de sada; IMDIO: valor mdio da corrente de sada; VRMS: valor eficaz da tenso de sada; IRMS: valor eficaz da corrente de sada; IS: corrente de entrada;IS1: componente fundamental da corrente de entrada IS; : ngulo entre as componentes fundamentas da tenso e da corrente de entrada ( ngulo de deslocamento ).Na matria programao de computadores, utilizaremos o software MATLAB para construir os grficos das funes trigonomtricas representadas no projeto por possuir ferramentas poderosas e amigveis para a visualizao de dados, em de acordo com a filosofia de um laboratrio de dados, fcil de experimentar e fcil de averiguar. Vamos desenhar o grfico da funo seno, de -pi at pi, devemos criar um vetor com os valores da funo seno e depois plotar o vetor conforme a figura 3.

Figura 3

5 CONCLUSOO trabalho aqui apresentado tem propores bem menores do que as encontradas no cotidiano. Consiste apenas como fundamentos para futuras pesquisas e aplicabilidades.As teorias apresentadas foram fundamentadas pelas dificuldades encontradas pelos profissionais da rea de perdas de faturamento das concessionarias de energia eltrica e teve como proposito propor solues para amenizar o prejuzo de furto de energia em localidades onde se encontra o foco dos desvios de energia.Alm disso, a metodologia aqui aplicada poderia tambm ser utilizada para outros fins.O projeto aqui desenvolvido visa cobrir as comunidades de baixa renda nas quais as concessionarias de energia eltrica instalam medidores monofsicos. Entretanto, ainda existiriam os clientes polifsicos se fosse vivel para implantao do sistema.Por fim, pode se dizer que esse projeto contribuir para formao de nos alunos do curso de engenharia eletrnica e de telecomunicaes, futuros engenheiros, pois reuniu varias disciplinas do curso e permitiu exercitar a criatividade do grupo ao sugerir solues para um problema social, viabilizando um prottipo de rede de distribuio de energia de baixa tenso antifurto.

REFERNCIAS

ABRADEE- Associao brasileira de distribuidores de energia eltrica. Disponvel em < http://www.abradee.com.br > acesso em 04/05/2013.ANEEL Agencia nacional de energia eltrica. Disponvel em < http://www.aneel.gov.br >Acesso em 04/05/2013.CLAMPER. Disponvel em < http://www.clamper.com.br > acesso em 04/05/2013.CERILUZ Cooperativa de eletrizao rural do Rio Grande do Sul. disponvel em < http://www.ceriluz.com.br/ >. Acesso em 04/05/2013.Instituto Newton C Braga. disponvel em < http://www.newtoncbraga.com.br/ >Hlio Creder Maquinas e instalaes eltricas 15 edio.