ANÁLISE DA VIABILIDADE DO USO DO AÇO COMO

SILVA, R. K. S.; SANTOS, E. B. Análise da Viabilidade do Uso do Aço como Condutor Elétrico em Redes de Distribuição
Rural. In: CONGRESSO DE PESQUISA, ENSINO E EXTENSÃO DA UFG - CONPEEX, 2., 2005, Goiânia.
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ANÁLISE DA VIABILIDADE DO USO DO AÇO COMO CONDUTOR ELÉTRICO
EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO RURAL
SILVA, Renata Keli Soares1; SANTOS, Euler Bueno2
Palavras-chave: Eletrificação rural, Condutores não convencionais.
1. INTRODUÇÃO
A eletrificação rural propicia uma melhora nas condições de vida das populações
rurais, fato este que se reflete no aumento da produtividade e na inibição do êxodo
rural. Assim sendo, a criação de tecnologias alternativas que disponibilizem energia
elétrica ao homem do campo a um custo acessível deve ser estimulada. Neste
sentido, como ponto de partida está sendo investigado o aço como condutor elétrico,
por ser este constituído de matéria-prima que se produz com abundância no Brasil,
desta forma sua utilização como condutor elétrico implica em economia de recursos
financeiros, que podem ser destinados a outras ações de governo. Neste contexto,
este trabalho tem o objetivo de elaborar um estudo que permita a verificação da
viabilidade do uso do aço como condutor elétrico em redes de distribuição de
energia elétrica para determinados consumidores rurais.
2. METODOLOGIA
Com o objetivo de investigar o comportamento do condutor de aço e do condutor
tradicionalmente utilizado, ou seja, o alumínio com alma de aço (CAA), em ramais
rurais, sob o aspecto da qualidade da energia elétrica, de grandezas mecânicas e da
viabilidade econômica, neste trabalho realizou-se dois estudos de casos, quais
sejam:
- Caso I, o ramal é constituído de condutor convencional, neste caso, o alumínio com
alma de aço (CAA # 4 AWG (24,68 mm2));
- Caso II, o ramal é alimentado por condutor não convencional, neste caso, o arame
de aço galvanizado (# 5,52 mm2).
2.1. Modelagem matemática do ramal rural
O modelo de ramais rurais utilizado neste trabalho permite a análise do
comportamento das ondas de tensão e corrente em qualquer ponto do ramal em
estudo. O modelo matemático é baseado no modelo para linhas curtas, no qual são
considerados apenas os parâmetros resistivo ou resistência efetiva (R), e indutivo ou
indutância média (Lmed).
O condutor de aço é classificado, quanto às características magnéticas, como um
material ferromagnético. Assim sendo, a modelagem matemática de condutores
proposta neste trabalho leva em consideração a não linearidade inerente a este tipo
de material.
2.2. Estudo da qualidade da energia elétrica
O estudo da qualidade da energia elétrica (QEE) em ramais rurais utilizou medições
realizadas em campo. As aquisições de dados foram realizadas através do uso do
analisador de energia trifásico Power Platform 4300 Dranetz BMI. As mencionadas
medições em campo foram efetuadas em ramais rurais existentes e, tiveram como
objetivo observar os efeitos provocados por cargas lineares e não lineares
1
Bolsista de Mestrado. Escola de Engenharia Elétrica e de Computação – Laboratório de Máquinas
Especiais, [email protected]
2
Orientador/ Escola de Engenharia Elétrica e de Computação/UFG, [email protected]
comumente utilizadas por consumidores rurais. Para este estudo observou-se uma
rede cujo tronco é constituído de condutor de alumínio, possuindo ramais rurais com
condutores de aço e também de alumínio.
Neste estudo, foram determinados vários indicadores da QEE, como por exemplo,
distorção harmônica total da corrente (DHTI) e fator de potência (FP).
2.3. Estudo de ramais rurais
As referidas medições em campo foram efetuadas no secundário do transformador
da unidade consumidora rural analisada. Os transformadores pertencentes aos
ramais estudados são monofásicos. Deste modo, os sinais de tensão e corrente
medidos são referidos ao primário, considerando o circuito equivalente tipo L para o
transformador. Neste estudo, importantes grandezas são determinadas, entre as
quais cita-se o rendimento e a regulação de ramais rurais.
2.4. Estudo mecânico
Foi realizado um estudo teórico-experimental relativo às grandezas mecânicas
necessárias para utilização de condutores em redes de distribuição de energia
elétrica para o meio rural. Neste estudo, desenvolveu-se um programa
computacional com o objetivo de elaborar o projeto de locação de estruturas em um
ramal rural baseado no perfil do terreno utilizando um conjunto de catenárias,
formado pela linha do condutor para a temperatura máxima do projeto, pela linha de
terra e pela linha de pé. Este conjunto de catenárias é denominado de gabarito. Para
a confecção do gabarito é levada em consideração a influência do vento e da
temperatura no comportamento dos condutores.
2.5. Estudo econômico
As perdas por efeito Joule, decorrentes da resistência do condutor de aço é maior
que a do correspondente de alumínio. Assim sendo, se constitui em uma das
principais preocupações relativas à utilização deste material em redes de
distribuição rural. Assim sendo, é elaborado um estudo econômico considerando as
referidas perdas. O estudo econômico baseia-se na determinação dos custos da
energia (energia vendida e perdida), dos encargos de capital, do retorno econômico
anual e do valor presente líquido de perdas por efeito Joule.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Estudo da QEE e de ramais rurais
Para melhor ilustrar é apresentada a tabela 1, a qual mostra os principais resultados
obtidos com o estudo da QEE em ramais rurais, para os casos I e II descritos
anteriormente.
Tabela 1: Resultados obtidos com os estudos da QEE em ramais rurais.
Grandeza
Situação
DHTI
Regulação Rendimento
FP
(%)
(%)
(%)
Caso I
5,6768
0,99997
0,0009
99,9989
Carga C1
Caso II
5,7245
0,99991
0,0163
99,9744
Caso I
125,7953
0,6134
0,0004
99,9983
Carga C2
Caso II
128,8738
0,6079
0,0044
99,9580
Caso I
8,4270
0,9989
0,0056
99,9945
Carga C3
Caso II
8,6726
0,9981
0,1446
99,8548
Na tabela 1 tem-se que a carga C1 é um conjunto de lâmpadas incandescentes, a
carga C2 é um conjunto de lâmpadas fluorescentes compacta e a carga C3
representa o funcionamento simultâneo das seguintes cargas: geladeira, televisão,
lâmpadas fluorescentes compactas, lâmpadas incandescentes e chuveiro.
3.2. Estudo mecânico
Deste estudo verificou-se que devido as suas características mecânicas, o aço torna
o ramal mais leve, pois requer menos estruturas que aquelas que utilizam condutor
convencional, como por exemplo, o alumínio. Este fato aliado ao menor valor
comercial do aço comparado ao CAA implica em um menor custo de implantação de
um ramal rural com condutor não convencional, o que significa vantagem econômica
em relação ao condutor convencional.
3.3. Estudo econômico
Com base no estudo econômico realizado verificou-se que para pequenos
consumidores o retorno econômico anual é negativo para ambos os casos
observados, o que significa que o custo da energia vendida anualmente não supera
a soma dos custos dos encargos de capital anual e energia perdida anualmente.
Porém, o valor do retorno econômico anual é menor para o caso I em relação ao
caso II.
4. CONCLUSÃO
O estudo da QEE mostra que para cargas semelhantes os valores de indicadores,
como DHTI e FP, são muito próximos em ambos os ramais. Assim sendo, conclui-se
que do ponto de vista da QEE não há comprometimento do uso do arame de aço
como condutor elétrico em redes de distribuição rural para atender pequenos
consumidores.
Com base nos valores de regulação e rendimento verificou-se que para suprir
pequenos consumidores, alimentados por transformadores de até 10 kVA, o ramal
pode ter comprimento de até 3 km.
O estudo do valor presente líquido relativo às perdas por efeito Joule mostra que a
diferença entre os custos de implantação não é consumida pela diferença do custo
das perdas. Deste modo, pode-se concluir que as perdas por efeito Joule não
apresentam valores que inviabilizam o uso do aço como condutor elétrico.
A viabilidade do uso do aço como condutor elétrico para atender pequenos
consumidores rurais foi verificada em diferentes aspectos, apresentando vantagens
em relação ao condutor convencional.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SANTOS, Euler B. Utilização do aço como condutor elétrico: Modelagem matemática
para determinação dos parâmetros resistência e indutância. 1993. 225 f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia.
Uberlândia, 1993.
SILVA, Renata K. S.; SANTOS, Euler B.; MORAES JR., Gentil M.; ALVES, Antônio
C. B. Análise da Qualidade da Energia Elétrica em Ramais Rurais que Utilizam
Condutores Não Convencionais. Anais do Congresso T&D 2004 Latin América –
IEEE/PES, pp. 1-6. São Paulo, SP, 2004.
FONTE DE FINANCIAMENTO - CAPES