Qualidade na utilização de energia elétrica no setor rural

Qualidade na utilização de energia elétrica no setor rural:
Problemas, legislação e alternativas.
Adriano J. Silva1, Fernando C. Munhoz1, Paulo B. Correia2
Departamento de Energia DE - Faculdade de Engenharia Mecânica FEM - UNICAMP
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Mestrandos em Planejamento de Sistemas Energéticos 2Prof. Dr. da Pós-graduação do Departamento de Energia
Resumo
O acesso à energia elétrica em pontos
isolados na rede rural brasileira é um desejo de
muitos proprietários rurais e um problema nacional.
O proprietário rural deve receber a energia com
qualidade suficiente para que as necessidades que a
atividade requer sejam adequadamente supridas.
Deve, também, utilizá-la de modo eficiente,
aproveitando as opções de tarifas e utilizando
instalações elétricas seguras.Este artigo trata da
qualidade da energia utilizada pelos proprietários
rurais, tendo como foco, o problema da oscilação
de tensão em redes de distribuição rural de longa
distância. São analisados métodos de partida de
motores pelo lado da demanda e as ferramentas de
gerenciamento de rede pelo lado da oferta. Também
é realizada uma avaliação da resolução 505/01 da
Aneel, que trata dos índices de conformidade de
tensão, fazendo uma comparação com a Portaria
047/1978 do DNAEE vigente até o ano passado.
Muitas localidades rurais não possuem energia
elétrica, por isso o governo federal lançou alguns
programas de financiamento para o setor, sendo os
mais conhecidos o PRODEEM e o Luz no Campo.
Estes programas devem-se ao fato do investimento
em redes de distribuição rural ser muito alto e o seu
payback muito longo, o que não incentiva o
investimento privado. O objetivo deste trabalho é
avaliar o nível de tensão que chega nas
propriedades rurais, propondo soluções tanto para o
lado da demanda quanto para o lado da oferta.
Abstract
The access to electrical energy in isolated
areas in the countryside is more than the Brazilian
rural owners’ wish, it is a national problem. The
energy rural owner receive in their properties
should be of such quality that it could adequately
fulfil their necessities. On the other hand, it is the
rural owners responsibility to use it in an efficient
way, in safe electrical installations besides taking
advantage of the duty options offered. This paper is
about the quality of the utilized energy by the rural
owners, focusing on the oscillation tension problem
in long distance rural grids. Methods of starting
engines are analysed from the demand-side whereas
tools of network administration are reviewed from
the supply-side. The Aneel Resolution number
505/01, which is about the indexes of tension
conformity which is also analysed and compared to
the DNAEE Order number 047/1978 that was in
vigour until last year. Many countryside areas still
do not receive electrical energy. That is why the
Federal government has launched some financial
programmes to this specific area. The most well
known among these ones is ‘PRODEEM’ and ‘Luz
no Campo’. They were launched because the
investments in rural grids are too high and the
payback is too long, what does not encourage
private investments. The main aim of this work is
to evaluate the level of the tension in rural
properties, presenting solutions which could benefit
the demand and the supply at the same time.
Introdução
A carência de eletrificação rural constitui
um dos problemas do sistema elétrico brasileiro. O
problema se agrava quando as propriedades rurais
se encontram muito distantes dos centros de carga.
Grandes
distâncias,
baixa
densidade
de
consumidores por quilômetro e escassez de
recursos colaboram para a duração da falta de
energia elétrica na zona rural. Governos federais e
estaduais lançaram esforços para prover energia
elétrica aos proprietários rurais. Este trabalho faz
uma breve análise de dois programas lançados pelo
governo federal: o Luz no Campo e o PRODEEM.
Apesar do avanço da tecnologia de geração
descentralizada e da maior difusão desta tecnologia
entre os proprietários rurais, a maioria das
propriedades
ainda
são
atendidas
por
concessionárias de energia ou cooperativas. Com a
reestruturação do sistema elétrico brasileiro os
agentes privados que assumiram as concessionárias
de energia não possuem atratividade financeira para
investir em expansão da rede rural, visto que o
consumo desta classe é pequeno.
Localidades rurais já atendidas pelas
concessionárias possuem problemas com a
qualidade da energia elétrica que chega no seu
medidor. Algumas soluções como a geração
descentralizada através de geradores diesel ou por
meios alternativos são implantadas há alguns anos.
Dependendo do caso estas soluções são
economicamente viáveis tanto para o proprietário
quanto para a concessionária, visto que o custo
marginal para levar a energia elétrica para estas
propriedades é alto. A geração descentralizada
também pode ser benéfica do ponto de vista
ambiental.
No entanto, a maioria das propriedades são
atendidas pelas concessionárias. Devido à grande
extensão das linhas de distribuição rural, a energia
que chega nas propriedades chega, muitas vezes,
com baixa qualidade. O objetivo deste trabalho é
avaliar os níveis de tensão utilizado nas
propriedades rurais, propondo soluções tanto para o
lado da demanda quanto para o lado da oferta.
Serão avaliadas, pelo lado da demanda, alternativas
nos métodos de acionamentos de motores e, pelo
lado da oferta, a utilização do geoprocessamento
para o gerenciamento da rede de distribuição.
Também será analisada a legislação em vigor.
Distúrbios elétricos freqüentemente causam
desligamentos e danos a equipamentos, criando
problemas a um número crescente de
consumidores. Respostas a questões como sobrecarga no condutor neutro, perdas de tensão,
sobreaquecimeto de transformadores ainda não
foram
respondidas
satisfatoriamente
(MURPHY,1997). Estes problemas são gerados na
maioria das vezes por conteúdo harmônico do sinal
em regiões tipicamente rurais. Avaliar a contribuição de harmônicos no sistema de distribuição,
não faz parte do escopo deste trabalho.
O proprietário rural deve receber a energia
com qualidade suficiente para que as necessidades
que as atividades requerem sejam adequadamente
supridas.
Gerenciamento de rede
Uma das formas da concessionária poder
controlar o nível de tensão que chega nas
propriedades rurais é através do gerenciamento de
rede. O geoprocessamento é uma ferramenta que,
em algumas concessionárias, está começando a ser
utilizada com resultados satisfatórios.
Através do geoprocessamento é possível
avaliar os níveis de tensão e o carregamento de
linhas e transformadores ao longo de um circuito.
Ele simula estes parâmetros através do consumo de
cada consumidor. Uma fórmula empírica é estudada
para cada região ou sistema de forma que, com base
no consumo em kWh de cada consumidor, chega-se
a uma expressão onde se obtém o carregamento do
transformador em KVA. Com os carregamentos de
cada transformador do circuito têm-se os dados
necessários ao cálculo de queda de tensão, visto que
estão cadastrados no banco de dados do sistema de
geoprocessamento todas as linhas de distribuição de
baixa, média e, dependo dos casos, de alta tensão
com suas respectivas bitolas e impedâncias
associadas.
Com base nestas simulações é possível
determinar mudança de taps de transformadores,
análise de viabilidade de atendimento a novas
cargas obedecendo aos critérios de carregamento e
queda de tensão de linhas e elaboração do
cronograma de obras, fazendo simulações de cinco
ou dez anos e observando os parâmetros de
crescimento da demanda naquela região.
Outra vantagem da utilização deste sistema é
a fácil localização dos consumidores. Se um
consumidor rural está com algum problema como
queima de transformador ou rompimento de cabo
de distribuição, ele pode ser facilmente localizado
no sistema mediante o seu CDC, nome ou
endereço. Como em localidades rurais o endereço é
por vezes incompleto, com o número do CDC ele
pode ser localizado no sistema pelo seu poste ou
transformador, dependendo do sistema de cadastro
que a empresa utilizou, facilitando as equipes de
manutenção de campo a encontrar esta propriedade
e chegar com mais rapidez na localidade,
melhorando os parâmetros de qualidade DEC e
TMA e, por conseqüência, a satisfação do cliente.
Motores Elétricos
É comum a utilização de motores elétricos
nas instalações rurais. Eles são as maiores fontes de
perturbações na instalação quando não são dimensionados, instalados e operados corretamente.
Limitar a corrente de partida é o principal recurso
para se evitar distúrbios na rede de alimentação e
aumento da demanda de energia elétrica. O objetivo
é evitar transitórios que possam ocasionar quedas
de tensão em outros pontos da rede ou, até mesmo,
interrupção. Poderão ocorrer situações econômicas
desfavoráveis com o impacto na demanda de altas
correntes de partida. Para a escolha do método de
partida deve-se levar em consideração as características da máquina a ser acionada: curva conjugado
x rotação, inércia, regime de trabalho, tempos limites (aceleração, frenagem e regime contínuo);
circunstância de disponibilidade de potência de
alimentação: restrições de queda de tensão impostas
pelo sistema de alimentação ou limites de corrente;
e confiabilidade do serviço: condições de operação,
emergências ou situações críticas.
São diversos os tipos de acionamentos
possíveis a serem utilizados no meio rural e sua
escolha é fortemente influenciada pelo tipo de
carga, máquina que vai ser acoplada ao seu eixo, a
ser acionada. Se uma carga mecânica requer
determinada potência P, equivale a necessitar de
um dado conjugado C a uma dada rotação N. Desta
forma, para um sistema dotado de movimento de
rotação temos uma relação entre estas grandezas
representada pela equação (1):
P=
C*N
9,55
(eq. 1)
A principal característica de uma carga
qualquer é, portanto, dada pela curva CxN, sendo
este um dos critérios de classificação de carga mais
utilizado para a escolha do acionamento.
Entretanto, o levantamento exato da curva
CxN não é uma tarefa simples. Na maioria das
vezes são necessárias medições de campo, tais
como: corrente de partida direta, corrente de operação e tempo de aceleração e frenagem, para se
conhecer melhor as características da carga. O
conjugado exigido, durante a aceleração ou frenagem de um sistema em rotação, atinge valores
maiores que o nominal. Entretanto, devido sua curta
duração, nem sempre é levado consideração na
definição do acionamento, mesmo porque os
fabricantes de máquinas já prevêem esta solicitação
em condição de partida direta e por inércia. Os
esforços envolvidos durante a aceleração e
frenagem dependem da inércia da carga, variação
de rotação e tempo de aceleração ou frenagem.
Alguns métodos de partida são descritos abaixo:
A partida direta, ou partida a plena tensão, é
a mais favorável considerando apenas o motor, já
que não impõe restrições às suas características de
conjugado e rotação. É um método que pode ser
aplicado em máquinas independente de sua
condição de partida, vazio ou em carga, e que por
este motivo suportam facilmente o conjugado de
aceleração. Por utilizar poucos componentes e ter
um comando simples possui grande confiabilidade
de serviço.
O método de partida estrela-triângulo é o
mais conhecido e também muito simples. Para que
este método seja utilizado o motor deve funcionar
em triângulo e possuir três terminais acessíveis.
Este método pode ser aplicado quando as máquina
partem em vazio ou com conjugado resistente
baixo, ou quando há restrições de disponibilidade
de potência na alimentação do sistema. É
necessário parametrizá-la em tempo.
As chaves compensadoras possuem a
vantagem de permitir ajustes de tensão e corrente
no campo por uma simples mudança de tap. Esse
método é usualmente aplicado no acionamento de
máquinas de grande porte que partem com carga
inicial. Além disto alivia o conjugado de aceleração
devido à tensão inicial reduzida, e conseqüentemente há uma redução da disponibilidade de
potência para alimentação. Para permitir uma
melhor adequação da partida no acionamento da
máquina é possível parametrizar a tensão inicial.
Tanto para a chave estrela-triângulo quanto
para a compensadora existe uma maior relações de
componentes e, portanto exige-se uma maior
qualidade de supervisão para se ter um bom nível
de confiabilidade.
A evolução da eletrônica de potência,
permitindo o controle de correntes cada vez
maiores, e a necessidade de suprir as deficiências
dos métodos tradicionais de partida de motores
elétricos, levaram ao desenvolvimento das chaves
estáticas de partida ou chaves de partida suave.
Estas chaves utilizam softwares de computadores
para a entrada em operação. Elas podem ser
aplicadas no acionamento de máquinas independentemente das condições de partida. Também
permite uma parametrização em rampa oferecendo
uma aceleração progressiva e uniforme da máquina
o que possibilita uma redução da disponibilidade de
potência para alimentação. Em contrapartida, exige
melhor qualidade de supervisão para se obter
confiabilidade de serviço. Pela ausência de choques
mecânicos na aceleração da máquina aumenta
consideravelmente os intervalos de manutenção, o
que contribui para uma maior vida útil do
equipamento. Os inversores de freqüência são
equipamentos com qualidade reconhecida em
automação e possui inúmeras aplicações no setor
rural. RIZZO (1991) estudou a viabilidade técnicoeconômica da utilização de inversores quando
comparado com válvulas de estrangulamento e
fluido recirculado para controle de vazão.
Resultados obtidos mostram que, em média, a
utilização de inversores de freqüência resulta numa
economia de energia três vezes superior aos demais
métodos. Além do mais a utilização de inversores
de freqüência contribui, dentre outros, nos
seguintes aspectos: (i) redução de desgaste
mecânico e da manutenção associada; (ii) redução
da demanda de energia; (iii) economia de energia; e
(iv) melhoria do fator de potência.
Legislação
Como o consumidor rural fica a uma grande
distância da subestação de distribuição a chance de
ocorrer sobretensão, subtensão ou ainda fortes
oscilações de tensão são maiores do que o consu-
midor urbano. Além disto, o nível de tensão é um
dos critérios técnicos para aprovação ou não de
novos projetos. Este item trata da legislação em
vigor que determina os níveis de tensão no fornecimento de energia elétrica, considerando os limites
de variação das tensões a serem observadas pelas
concessionárias e consumidores.
Até o ano passado vigorava era a Portaria
DNAEE n.º 047 de 17 e abril de 1978. Esta portaria
estabelecia, entre outras coisas, que as concessionária de energia elétrica poderiam fixar, no
ponto de entrega, uma tensão com variação de 5 %
para mais ou para menos com relação a tensão
nominal do sistema. Os limites de variação de
tensão no ponto de entrega da energia poderiam
variar entre + 5% (mais cinco por cento) e –7,5 %
(menos sete e meio por cento). Estes limites de
fornecimento e variação de tensão eram válidos
para quando o atendimento fosse feito em tensão de
transmissão, subtransmissão ou primária de
distribuição.
Em 26 de novembro de 2001 a ANNEL
publicou a resolução n.º 505, que estabelece de
forma atualizada e consolidada, as disposições
relativas à conformidade dos níveis de tensão de
energia elétrica para regime permanente, revogando
a portaria n.º 047 do DNAEE. Esta resolução agora
estabelece indicadores individuais e coletivos e
separa os níveis de tensão em adequados, precários
e críticos. A tabela abaixo classifica a Tensão de
Atendimento (TA) com base na faixa de variação
da Tensão de Leitura (TL) em relação à Tensão
Contratada (TC).
Tabela 1: Tensão nominal superior a 1 kV e inferior a 230 kV
Classif. da TA
Adequada
Precária
Crítica
Faixa de var. TL em rel. à TC
0,98 TC ≤ TL ≤ 1,03 TC
0,90 TC ≤ TL < 0,95 TC
ou 1,03 TC < TL ≤ 1,05 TC
TL < 0,90 TC ou TL > 1,05 TC
Esta resolução inova porque a partir de 2002
a concessionária deverá enviar para a ANEEL o
cadastro de todas as unidades consumidoras
atendidas em tensão inferior a 69 KV e a ANEEL
definirá por meio estatístico aleatório as unidades
da amostra para fins de medição. Com este sistema
o agente regulador terá dados suficientes para
avaliar a qualidade de fornecimento de energia
elétrica de cada concessionária no que diz respeito
à oscilação de tensão. De fato, por administrar
regiões diferentes, cada concessionária possui
problemas diferentes intrínsecos ao seu sistema.
Concessionárias que fornecem seus serviços para
regiões onde a zona rural é muito ampla,
possivelmente apresentarão índices de conformidade de tensão piores que os daquelas que fornecem
energia a cargas agrupadas em centros urbanos. De
qualquer forma, é um avanço para os consumidores
rurais que terão a qualidade de fornecimento
regulada de forma mais eficaz pela ANEEL. O
investimento das concessionárias para a realização
de obras nas localidades rurais onde for
comprovado um nível de tensão fora dos parâmetros estabelecidos nesta resolução irá aumentar
sensivelmente. A análise de viabilidade técnica de
atendimento de novos clientes na zona rural
também deverá ser mais criteriosa, com a tendência
de aumentar as aprovações como melhoria na rede
com participação do consumidor. Dependendo da
melhoria de rede a ser realizada o custo da mesma
poder inviabilizar todo o projeto do proprietário.
Esta afirmação é válida, também, para aumento de
carga, impossibilitando a expansão dos negócios do
proprietário rural ou fazendo com que o mesmo
recorra a fontes descentralizadas de geração.
Além das medições amostrais da ANEEL, o
consumidor também poderá solicitar estas medições
quando se sentir lesado. A partir de 1º de janeiro de
2005, quando forem detectados problemas de
tensão em consumidor e este não for resolvido no
prazo estabelecido, o mesmo será restituído por ter
sido submetido ao serviço inadequado.
Programas de eletrificação rural
De forma geral, o setor agropecuário
brasileiro apresenta tradicionalmente um consumo
de energia baixo e sazonal, isto se deve em função
das flutuações das safras (TOLMASQUIM &
SZKLO, 2000). O custo marginal para atender este
setor é muito alto para as concessionárias e o
retorno do investimento muito longo.
Há alguns anos o governo federal lançou o
programa Luz no Campo. A Eletrobrás abriu uma
linha de crédito de R$ 1,77 bilhão para o
financiamento deste programa, mediante recursos
da RGR (Reserva Global de Reversão). A Eletrobrás participa com até 75% do valor total do
Programa e os 25% restantes são provenientes de
obrigações legais da concessionária e contrapartida
dos Estados e Municípios. A meta principal do
programa é a eletrificação de 1.000.000 de
propriedades rurais, notadamente as pequenas e
médias, em um período de 4 anos.
Outro programa lançado pelo governo para
atender os proprietários sem acesso à energia elétrica é o PRODEEM. Este programa objetiva atender
comunidades carentes isoladas utilizando fontes
renováveis locais em base auto-sustentável. A atuação é direcionada para a energização de escolas,
postos de saúde, centros comunitários, bombeamento d’água, entre outros.
Conclusões
Palavras Chave
A qualidade da energia para o setor rural no
tocante à variação de tensão é, pela natureza do tipo
de fornecimento, um item com maiores complexidades de manutenção que no setor urbano.
Do ponto de vista do consumidor, este deve
adotar medidas para que o atendimento da sua
localidade não seja prejudicado, assim como os
outros consumidores conectados à mesma rede.
Para a concessionária, procurar baixar os índices
que denotam má qualidade de fornecimento como
DEC, TMO e FEC, obedecendo à legislação do
setor sob pena de sofrer penalidades previstas no
Código de defesa do consumidor e sob pena de ter
seus serviços substituídos pelo de um concorrente.
Para o legislador no novo ambiente concorrencial
deve estipular índices de qualidade aceitáveis para
este setor, tanto do lado da oferta quanto da
demanda, incentivando ou punindo quando tais
índices estiverem ou não dentro dos padrões
estabelecidos.
Com a reestruturação do sistema elétrico
brasileiro e a transferência da figura de empresário
para o setor privado, os investimentos em eletrificação rural tenderiam a diminuir. De fato, pois, pela
ótica do investidor privado eles dificilmente seriam
rentáveis. Porém do ponto de vista da análise de
custo-benefício social e as externalidades positivas
que a eletrificação rural acarreta, a solução deste
problema deve constituir uma prioridade, especialmente quando são considerados os desdobramentos
sistêmicos do déficit energético rural. Pensando
nisso, o governo federal lançou e financiou
programas de eletrificação em todo o país. Estes
não se configuram como a panacéia para os
problemas em eletrificação rural, porém sinaliza a
universalização real do acesso à energia elétrica.
Eletrificação Rural
Qualidade da Energia Elétrica
Níveis de Tensão
Referências Bibliográficas
[1]ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
- Resolução - Portaria DNAEE nº 047, de 17 de
abril de 1978.
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uma
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sistemas de irrigação pivô central. Agrener, 2000.
[7]OLIVEIRA, Luciana C. Perspectivas para a
eletrificação rural no novo cenário econômicoinstitucional do setor elétrico brasileiro.
Dissertação de mestrado. COPPE/UFRJ. Março de
2001.