medição de defasagem em smart grids em redes urbanas sem fio

Anais do XX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do V Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
22 e 23 de setembro de 2015
MEDIÇÃO DE DEFASAGEM EM SMART GRIDS EM REDES
URBANAS SEM FIO PADRÃO IEEE 802.11
Mario Joaquim de Lemes Neto
Alexandre de Assis Mota
Faculdade de Engenharia Elétrica
Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias - CEATEC
[email protected]
Grupo de Pesquisa em Eficiência Energética –
GPEE
Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias - CEATEC
[email protected]
Resumo: Esse trabalho teve como objetivo desenvolver e montar um medidor de qualidade em redes
elétricas, com a finalidade de realizar o monitoramento inteligente de energia, no contexto de redes urbanas de comunicação sem fio padrão IEEE802.11 [2].
Para isso, foi desenvolvida uma plataforma didática
com o fim de verificar, analisar e dimensionar o fenômeno do afundamento de tensão, bem como suas
implicações, uma vez que o mesmo está intimamente ligado à deterioração da qualidade de energia. As
montagens e os ensaios foram realizados nos laboratórios da PUC-Campinas.
Palavras-chave: IEEE802.11, Smart Grids, Qualidade de Energia
2. Metodologia e Resultados
Em um primeiro momento, foi estudado e verificado o
distúrbio de afundamento de tensão (subtensão), o
estudo foi feito através de revisões bibliográficas sugeridas pelo orientador, e a verificação foi comprovada através de diversas execuções de chaveamento
de cargas, de natureza resistiva, capacitiva e indutiva, em uma rede básica de 220V trifásica, seguindo
as normas vigentes [3], assim, gerou-se uma plataforma didática ilustrada na figura 1, capaz de medir e
visualizar anomalias, para posteriormente realizar a
análise da qualidade na rede.
Área do Conhecimento: Engenharias – Engenharia
Elétrica – CNPq
1. Introdução
O conceito de qualidade de energia em redes elétricas está associado à não ocorrência de anomalias,
desequilíbrios e distorções; em uma condição de boa
qualidade, a tensão fornecida deve ser mantida dentro de determinados padrões [1]. Além disso, corrente e frequência também não devem sofrer distúrbios.
De um modo geral, a atual e crescente preocupação
com a qualidade da energia elétrica, por parte dos
diversos segmentos sociais, desde a geração até o
consumidor final, despertou o interesse em estudar,
diagnosticar e quantificar este conceito.
Figura 1. Plataforma didática utilizada para gerar os
distúrbios na rede.
A Figura 1 apresenta a montagem em bancada, com
a indicação dos principais equipamentos envolvidos.
Nesta plataforma didática, cargas resistivas, de 1050
Watts cada uma, são chaveadas na rede de 220V,
através de um contator trifásico, sendo o osciloscópio
o equipamento responsável pelas leituras de tensão.
A combinação das cargas gerou afundamento de
aproximadamente 8V, assim, mostrando que a plataforma é uma ferramenta que pode ser usada como
bancada de ensino e demonstração prática do fenômeno de afundamento de tensão (subtensão) em
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redes de baixa tensão, que pôde ser claramente observado, diagnosticado e medido.
Em concomitância com o estudo acima descrito, estava sendo desenvolvido o medidor de defasagem.A
montagem dos circuitos foi realizada e o resultado
esperado foi obtido conforme o esperado teoricamente. Os sinais obtidos em vermelho nas figuras 2 e 3
representam a saída do circuito da etapa discreta e a
entrada do circuito da etapa integrada de tensão e
corrente respectivamente.
Figura 4. Medidas geradas pela saída serial do
Arduíno.
Figura 2. Saída do Circuito de Tensão no Osciloscópio.
Figura 3. Saída do Circuito de Corrente no Osciloscópio.
No Laboratório de Redes e Meios de Transmissão,
foi testado o medidor de defasagem assim, coletando
o fator de potencia e o atraso, medidos no sistema
pelo sensor após gerar as anomalias na rede, conforme Figura 4.
Os resultados obtidos a partir de testes no laboratório
foram próximos dos resultados calculados teoricamente, assim, tendo uma maior confiabilidade do
projeto. A diferença dos resultados práticos para os
calculados na teoria se dá por capacitâncias e indutâncias geradas pelo próprio circuito medidor de atraso, podemos citar como exemplo, a capacitância
gerada pela proximidade da fiação do circuito, sendo
que essas, não foram consideradas no calculo. Porém, é possível afirmar que o medidor é eficiente e
contribui para o monitoramento inteligente da qualidade de energia em redes de baixa tensão. Assim,
consolidou-se o sensor/medidor de defasagem, responsável por monitorar o comportamento da carga e
enviar as medidas por uma rede sem fio, padrão
IEEE802.11. Após a implementação e validação do
medidor, o monitoramento de potência elétrica em
dispositivos conectados à rede de baixa tensão é
realizado por meio de uma arquitetura de rede de
sensores sem fio, conectados via um Proxy IP [4],
configurando-se assim, um trecho de “smart-grid” de
pequeno porte para a medição inteligente de energia.
3. Conclusão
O protótipo desenvolvido, responsável pela geração
de surtos na rede de baixa tensão, é uma ferramenta
que pode ser usada como bancada de ensino e demonstração prática do fenômeno de afundamento de
tensão (subtensão) em redes de baixa tensão, que
pôde ser claramente observado, diagnosticado e
medido. O desenvolvimento do medidor de distúrbios
e defasagem e sua possível instalação em redes de
baixa tensão faz com que o monitoramento inteligente da qualidade de energia de residências seja possível, com seus parâmetros melhor quantificados; as-
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sim, as redes de baixa tensão poderão apresentar
melhor eficiência energética pela tomada de ações
nesse sentido por parte do próprio consumidor, por
estarem mais bem monitoradas.
4. Referências Bibliográficas
[1] Martinho, E. Distúrbios da Energia Elétrica. 3ª
Edição Revisada, Editora Érica,144pp, 2013.
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[3] SANTOS, A. H. R.; MOTA, L. T. M.; MOTA, A. A.
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Simpósio do Programa de Pós-Graduação Stricto
Sensu em Sistemas de Infraestrutura Urbana da
PUC-Campinas – SPInfra-2014. Campinas (SP),
2014.
[4] MACHADO, L. F.; MOTA, A. A; MOTA, L. T. M.
Sensoriamento de nível de líquidos utilizando
plataforma proxy IP para cidades inteligentes. In: I
Simpósio do Programa de Pós-Graduação Stricto
Sensu em Sistemas de Infraestrutura Urbana da
PUC-Campinas – SPInfra-2014. Campinas (SP),
2014.
[5] Branquinho, O. C. (2011). Plataforma Radiuino
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[6] Alvarenga, L. (2009). Medição Inteligente de
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INMETRO – Medição Inteligente de Energia no Brasil: Desafios e Oportunidades. Rio de Janeiro, 14 de
maio de 2009.
[7] Cyriaco, F. S.; Peris, A. J. F.; Biazotto, L. H.;
Branquinho, O. C.; Mota, A. A.; Mota, L. T. M. (2011).
Bancada para monitoramento do consumo de
energia e gerência de rede de sensores sem fio
utilizando protocolo SNMP. In: 40º IGIP - Simpósio
Internacional de Educação em Engenharia.
[8] Mota, A.A. (2001), Desenvolvimento de Interfaces Gráficas para Centros de Controle de Energia
Elétrica. Dissertação de Mestrado, Faculdade de
Engenharia Elétrica e de Computação da UNICAMP.
[9] Mota, A.A. (2005), Metodologia Computacional
para Avaliação da Qualidade de Planos de Recomposição de Sistemas de Energia Elétrica. Tese de Doutorado, Faculdade de Engenharia Elétrica e
de Computação da UNICAMP.
[10] Mota, L.T.M, Mota, A.A.; Rondon, R. (2011). Determinação da atenuação de sinais em ambientes
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[11]
Datasheet
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Disponível
em:
https://www.sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoard
s/0712.pdf Acesso em 27 julho 2015.
[12] Microcontrolador Arduino. Disponível em:
<http://www.arduino.cc/>. Acesso em: 27 julho 2015.
[13] ANEEL. Procedimentos de Distribuição de
Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional –
PRODIST, Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
, de 1 de janeiro de 2010. Disponível em:
http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=82 Acesso
em: 28 julho de 2015.