Desenvolvimento de Software Aplicativo para Cálculo de

Desenvolvimento de Software Aplicativo para Cálculo de Cabos de
Média Tensão de Parques Eólicos Terrestres (1).
Cynthia B. Scheffer-Dutra (2); Douglas R. Gomes(3); Lucas Gaio(4).
Resumo Expandido
(1)
Trabalho executado com apoio do EDITAL UNIVERSAL DE PESQUISA - Nº12/2012, da Pró-Reitoria de Pesquisa,
Pós-Graduação e Inovação (PROPPI) do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
(2)
Docente permanente do Mestrado Profissional em Mecatrônica e dos cursos superiores de Engenharia Mecatrônica e
de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – líder do Grupo de Pesquisa Controle e Supervisão Inteligente, Instituto
Federal de Santa Catarina; Florianópolis, Santa Catarina; [email protected].
(3)
Mestrando em Mecatrônica Industrial; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
(4)
Graduando em Mecatrônica Industrial; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
RESUMO: O presente projeto trata do desenvolvimento de um software aplicativo, em LabView. Sua
finalidade é implementar uma ferramenta de auxílio no dimensionamento de cabos de média tensão
aplicados especificamente em Redes Internas de Média Tensão (RIMTs) de parques eólicos terrestres,
baseado na norma ABNT NBR 14039 – Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV. Para
isso, utiliza-se o ambiente computacional Visual Studio e linguagem de programação C++. Foram obtidos
resultados precisos e confiáveis, confirmando o desempenho da ferramenta. O software aplicativo
caracteriza-se pela sua simplicidade e eficácia, tornando-se uma excelente alternativa para utilização em
empresas projetistas de Parques Eólicos.
Palavras Chave: Energia Eólica, aplicativo, dimensionamento, média tensão, ABNT NBR 14039.
INTRODUÇÃO
A produção de energia elétrica a partir da fonte
eólica encontra-se em plena ascensão no Brasil por
causa da realização de leilões e implantação de
diversos parques eólicos no País proporcionando a
diversificação da matriz energética nacional.
Segundo o BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL,
em seu relatório final (2012, p.14): “A produção de
eletricidade a partir da fonte eólica alcançou 2.705
GWh em 2011. Isto representa um aumento de
24,3% em relação ao ano anterior, quando se
alcançou 2.177 GWh.”
Um parque eólico é formado por dezenas ou
centenas de aerogeradores que são equipamentos
que convertem a energia cinética do vento em
eletricidade. A turbina eólica movimentada pela
força do vento é acoplada ao eixo do gerador que
produz a energia elétrica em baixa tensão. Um
transformador conectado ao gerador aumenta o
nível para média tensão. Em seguida, a energia é
transportada através das redes internas de média
tensão (RIMTs) até a subestação do parque. Este
estágio, a energia pode ser transmitida para o
sistema elétrico de potência, elevando-se o nível
para alta tensão.
Tratando-se das RIMTs de um parque eólico
terrestre, do ponto de vista de seu projeto elétrico,
faz-se necessário dimensionar os cabos de média
tensão que compõem esse tipo de rede. Para esse
fim, pode-se utilizar a norma ABNT NBR 14039 –
Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a
36,2 kV.
Atualmente, soluciona-se o problema do
dimensionamento dos cabos de média tensão das
RIMTs de parques eólicos terrestres de forma
“convencional”, ou seja, utilizando-se de recursos
simples tais como calculadoras, normas técnicas e
catálogos de fabricantes. Verifica-se que utilizar a
forma “convencional” para resolver essa questão é
um processo lento e pouco produtivo, sendo que
qualquer mudança nas características do parque
eólico (fato que normalmente acontece durante o
desenvolvimento do projeto) implica em um lento
redimensionamento.
Com a finalidade de automatizar esse processo,
tornando-o mais dinâmico, será apresentado um
estudo para o desenvolvimento de um software
aplicativo que realize o dimensionamento dos cabos
de média tensão empregados especificamente em
parques eólicos terrestres. O programa aplicativo
será implementado em um ambiente de
desenvolvimento computacional apresentado mais
adiante. Para o estudo de caso, serão utilizadas
informações reais obtidas de um parque eólico da
região nordeste do País.
O objetivo principal é desenvolver um software
aplicativo, simples e eficiente, para auxiliar no
dimensionamento de cabos de média tensão
aplicados especificamente em RIMTs de parques
eólicos terrestres, baseado na norma NBR 14039 –
Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a
36,2 kV.
Os objetivos específicos são:
a) Desenvolver o software aplicativo, em um
ambiente de desenvolvimento computacional,
denominado Visual Studio;
b) Testar o software aplicativo em um parque
eólico terrestre real;
c) Comparar a realização da tarefa de
dimensionamento de cabos de média tensão,
aplicados em parques eólicos terrestres,
antes e depois do desenvolvimento do
programa aplicativo.
DESENVOLVIMENTO
(4)
Critérios de Dimensionamento
(5)
A norma ABNT NBR 14039 estabelece os
requisitos técnicos para instalações de média
tensão. São adotados três critérios para o
dimensionamento de cabos de média tensão, a
saber: capacidade de condução de corrente;
capacidade de corrente de curto-circuito; queda de
tensão.
Considerando a capacidade de condução de
corrente de acordo com esse critério, os cabos
deverão suportar, sem sofrer danos, a corrente
nominal e as condições de instalação a que estão
sujeitos. A corrente nominal de cada ramo é
calculada pela equação 1 abaixo:
(1)
Onde:
 Queda de tensão, em V ou % conforme
indicação;
 Número de cabos em paralelo;
 Comprimento do circuito, em km;
 Resistência em corrente alternada do cabo, 60
Hz, na temperatura máxima de regime contínuo, em
Ω/km;
 Reatância indutiva do cabo, 60 Hz, em Ω/km;
 Fator reativo do circuito.
Onde:
Desenvolvimento do Software Aplicativo
 Corrente nominal do circuito, em A;
 Número de aerogeradores no ramo;
 Potência de cada aerogerador, em W;
 Tensão nominal do sistema de média tensão,
em V;
 Fator de potência do circuito.
A seção transversal mínima que um cabo
deve ter para suportar determinada corrente de
curto-circuito é dada pelas equações 2 ou 3, de
acordo com o tipo do material condutor, conforme
abaixo:
a) Para o cobre
Para desenvolver o software aplicativo, utilizou-se
o programa para desenvolvimento Microsoft Visual
Studio, mais precisamente o Microsoft Visual C++
Express, cuja programação é feita em C++ e sua
aquisição e manipulação de dados podem ser feitas
através de recursos visuais. Na figura 1, mostra-se
a tela principal do aplicativo onde são recebidos os
primeiros dados, que são informações para a
identificação do circuito a ser calculado durante a
execução do software aplicativo. Ao final, o software
gera uma planilha com os resultados dos cálculos
feitos ao longo do programa.
(2)
b) Para o alumínio
(3)
Onde:
 Intensidade da corrente de curto-circuito (kA);
2
 Área da seção transversal do condutor (mm );
 Temperatura máxima admissível no condutor
Figura 1 – Tela Principal do Software Aplicativo.
o
em curto circuito ( C);
 Temperatura
permanente (oC);
RESULTADOS E ANÁLISE
admissível
em
regime
 tempo durante o qual houve circulação da
corrente de curto-circuito (s).
A queda de tensão nos cabos de média
tensão deve ser inferior a 5% da tensão nominal do
sistema. A queda de tensão é calculada de acordo
com as equações 4 e 5, apresentadas na
sequência.
Utilizou-se dados reais de um parque eólico de
30 MW de potência nominal implantado na região
nordeste do Brasil, composto por 20 aerogeradores
de 1670 kW cada. Esse empreendimento possui
dois alimentadores, sendo que cada um deles é
formado por 10 aerogeradores interconectados por
duas RIMTs independentes de 34,5 kV.
O software aplicativo dimensiona os cabos de
média tensão que compõem cada RIMT e apresenta
as respostas das seções calculadas em função do
alimentador e ramo ao qual o cabo está associado.
Na Tabela 1 abaixo, apresenta-se o resultado dos
dois primeiros ramos do alimentador 1.
Tabela 1 – Exemplo do dimensionamento fornecido
pelo software aplicativo, considerando os dois
primeiros ramos do alimentador 1.
Identificação_Numérica_Alimentador:
1
Identificação_Numérica_Ramo:
1
Seção_Cabo (mm2):
50
a) Alimentador 1 e Ramo 1
Identificação_Numérica_Alimentador:
1
Identificação_Numérica_Ramo:
2
Seção_Cabo (mm2):
70
b) Alimentador 1 e Ramo 2
Ainda referente à tabela 1, observa-se destacado
em amarelo o valor final de cada seção dos cabos,
obtidos com base nos requisitos técnicos da ABNT
NBR
14039
e
nos
três
critérios
de
dimensionamento citados anteriormente.
A ferramenta foi testada com informações de um
empreendimento existente, sendo que os
resultados gerados pelo aplicativo foram os
mesmos valores de seções de cabos calculados
pela forma “convencional”. Com a utilização do
aplicativo, constatou-se um ganho de produtividade
na execução da tarefa e consolidando-se como
uma ferramenta simples e eficiente.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O software aplicativo proporciona uma nova filosofia de trabalho e seu uso torna a atividade de
dimensionamento de cabos de média tensão mais
dinâmica. Uma simples alteração de projeto, na
fase de execução, pode causar retrabalhos inconvenientes quando executadas pelo método convencional. Contudo a ferramenta desenvolvida apresenta uma resposta rápida a essas mudanças.
A inovação desta proposta reside no fato de não
haver comercialmente um software aplicativo específico para o propósito do dimensionamento de cabos de média tensão aplicados em RIMTs de parque eólicos. Esse software aplicativo pode ser utilizado por qualquer empresa de engenharia especializada em projetos de parques eólicos.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS –
ABNT . NBR 14039: Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV 2005.
Balanço Energético Nacional 2012: Ano base 2011 / Empresa de Pesquisa Energética. – Rio de Janeiro: EPE,
2012.