15

2 – FORNECIMENTO DE ENERGIA 2.1 – INTRODUÇÃO

A energia elétrica oferece vantagens sobre as demais modalidades de energia, pelo seu baixo custo, eficiência de controle, transmissão, distribuição e geração ou conversão. Esta última contribui para que a energia elétrica seja considerada intermediária entre as demais modalidades. Por exemplo, a energia química é convertida em mecânica graças à intermediação da elétrica.

O aproveitamento da energia potencial hidráulica, convertida em elétrica por meio de

geradores instalados em usinas afastadas dos centros de consumo, só é possível graças aos transformadores elétricos. Os transformadores permitem a elevação da tensão de geração (#10kV) para a tensão de transmissão (#500kV), onde as perdas são reduzidíssimas e após é abaixada para a tensão de distribuição primária (#20kV). E por último temos os transformadores de distribuição, que permitem obter as tensões de distribuição secundária (#220V), que alimentam, por exemplo, as residências.

2.2 – TENSÕES E DIAGRAMAS DE SUPRIMENTO

Conexão v (Volts) V (Volts)

110

115

220

230

120 127 220

2.200 3.800 7.620 13.200 19.900 50.800 79.600

208 220 380

3.800 6.600

13.200 23.000 34.500 88.000 138.000

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2.3 – DEFINIÇÕES 2.3.1 – Potência Instalada (PI)

É a soma das potências nominais dos equipamentos elétricos de uma unidade consumidora, em condições de entrar em funcionamento, incluindo seus acessórios (reatores, reguladores, etc) e as tomadas de corrente.

a) Tomadas:

Em dependências habitacionais e nas acomodações de hotéis, motéis e similares, o número de tomadas de uso geral deve ser fixado de acordo com o seguinte critério:

- Banheiros: pelo menos uma tomada junto ao lavatório. - Copas e cozinhas: pelo menos uma tomada para cada 3,5 metros ou fração de

perímetro. - Sub-solos, varandas e sótãos: no mínimo uma tomada. - Demais dependências: uma tomada para áreas até 6m2, sendo que para áreas

superiores a 6m2 deve ser instalada uma tomada para cada 5 metros ou fração de perímetro, espaçadas tão uniformemente quanto possível.

Às tomadas devem ser atribuídas as seguintes potências: - para utilização geral: 100VA para uso residencial e 200VA para uso comercial. - para utilização específica: carga nominal de utilização. - para copas-cozinhas, banheiros, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos:

600VA para as 3 primeiras e 100VA para as demais.

b) Pontos de Luz:

Em cada cômodo ou dependência e unidades residenciais e nas acomodações de hotéis, motéis e similares, deve-se prever pelo menos um ponto de luz fixo no teto, com potência mínima de 100VA, comandado por interruptor de parede.

Para a determinação das cargas de iluminação em residências, pode ser adotado o

seguinte critério:

- em dependências com área menor ou igual a 6 m2, prever carga mínima de 100VA. - em dependências com área superior a 6m2, prever carga mínima de 100VA para os

primeiros 6m2, acrescida de 60VA para cada aumento de 4m2 inteiros.

É possível fazer-se uma estimativa inicial da carga instalada, através da densidade da carga em kW/m2, em função do uso de cada recinto ou unidade (existem várias referências bibliográficas).

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c) Potências Nominais Típicas de Alguns Aparelhos Eletrodomésticos:

Aparelhos Potência (W)

Aquecedor de água por acúmulo de 50 a 200 litros 1.000 a 1.250 Aquecedor de água por acúmulo de 250 litros 1.500 Aquecedor de água por acúmulo de 300 a 350 litros 2.000 Aquecedor de água por acúmulo de 400 litros 2.500 Aquecedor de água em passagem 4.000 a 7.500 Aspirador de pó 250 a 800 Cafeteira 1.000 Chuveiro 2.500 a 5.500 Condicionador de ar tipo janela de 2.125 a 2.500 kCal/h 1.500 a 1.650 Condicionador de ar tipo janela de 3.000 a 3.500 kCal/h 1.900 a 2.100 Condicionador de ar tipo janela de 4.500 a 5.250 kCal/h 2.900 a 3.100 Condicionador de ar tipo janela de 7.500 kCal/h 4.000 Ferro de passar roupa 400 a 1.600 Fogão elétrico residencial 4.000 a 12.000 Forno elétrico residencial 1.500 Forno de microondas 1.500 Freezer 350 a 500 Geladeira doméstica 150 a 400 Lavadora de pratos residencial 1.200 a 2.700 Lavadora de roupas residencial 2.500 Secadora de roupas residencial 1.500 a 2.500 Secador de cabelo portátil 500 a 1.500 Televisor 70 a 100 Torneira elétrica 2.200 a 3.200 Torradeira 700 a 1.200

2.3.2 – Potência de Demanda (D)

É a potência média ativa solicitada por uma carga ao sistema elétrico, num instante e com uma duração dt, geralmente de 15 minutos.

_ t + dt

1 / D = --------- / P.dt

dt / / t

2.3.3 – Demanda Máxima (Dmáx)

É a maior das demandas (D) de um sistema, verificado num período T, geralmente

de 730 horas (01 mês), expressa em quilowatts (kW). O alimentador geral de um prédio de apartamentos, não deve ser dimensionado em

função de sua potência instalada (PI) e sim de sua demanda máxima (Dmáx), pois este é o valor máximo verificado num período, que por sua vez, é o valor médio com duração de 15 minutos. A corrente oriunda da demanda máxima é chamada de corrente de demanda máxima ou corrente de projeto (IB).

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2.3.4 – Demanda Média (DM)

É a potência média ativa demandada por uma carga ao sistema elétrico, num período de consumo T, geralmente de 730 horas.

_ T 1 / Consumo de Energia Mensal

DM = ----- / P.dt = ---------------------------------------- T / Horas do Mês de Consumo _ / 0

2.3.4 – Demanda Contratada (Dc)

Demanda de potência ativa a ser obrigatória e contínuamente disponibilizada pela concessionária, conforme valor e período de vigência fixados em contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não utilizada durante o período de faturamento, expressa em quilowatts (kW).

2.3.5 – Demanda Faturável (Df)

Maior valor entre a Demanda Contratada (Dc) e a Demanda Registrada (Dr), a ser considerada para fins de faturamento, com aplicação da respectiva tarifa, expressa em quilowatts (kW).

2.3.6 – Demanda de Ultrapassagem (Du)

Parcela da demanda medida que excede o valor da demanda contratada, expressa em quilowatts (kW).

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2.4 – CLASSIFICAÇÃO DO SUPRIMENTO

Tarifa

Distribuição

Grupo e Sub-Grupo

Tensão de

Suprimento

Consumidor

Potência Instalada

(kW)

Demanda Máxima

(kW)

B – 1 Residencial < 4 -----

Monomial

Secundária

B – 2

< 2,3kV

Rural; Cooperativa de Eletrificação Rural ou

Serviço Publico Irrigação

< 75 (*)

-----

B – 3 Demais Classes < 75 (*) ----- B – 4 Iluminação Pública < 75 (*) ----- A – 4 2,3 a 25kV Comercial / Industrial > 75 (*) < 2.500

Binomial Primária A – 3a 30 a 44kV Comercial / Industrial > 75 (*) < 2.500 ou A – 3 69kV Comercial / Industrial > 75 (*) > 2.500

Horo-sazonal Transmissão A – 2 88 a 138kV Industrial > 75 (*) > 2.500 A – 1 > 230kV Industrial > 75 (*) > 2.500

(*) Em qualquer edifício residencial com PI > 75kW ou mesmo para outra finalidade, situado em zona atual ou

futura subterrânea, o suprimento poderá ser feito no grupo B. 2.5 – TARIFAS DO SUPRIMENTO DE ENERGIA 2.5.1 – Tarifa Monomial

Destinada aos consumidores de baixa tensão (grupo B), dependem apenas da

energia ativa consumida num período (geralmente um mês).

2.5.2 – Tarifa Binomial ou Convencional Destinada aos Consumidores de alta tensão (grupo A), com tensão de suprimento

inferior a 69kV e demanda contratada inferior a 300kW. Dependem do consumo de energia ativa e da demanda no período.

Fatura de Energia = Ca x TC + Df x TD + Du x TDu + SF + V onde:

Ca = Consumo de energia ativa (medidor de kWh) TC = Tarifa de consumo (R$/1000 kWh) Df = Demanda faturável TD = tarifa de demanda (R$/kW). SF = sobretaxa para fator de potência inferior a 0,92.

V = impostos.

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2.5.3 – Tarifa Verde

Destinada aos consumidores de alta tensão (grupo A), com tensão de suprimento superior a 69kV e demanda contratada superior a 300kW Dependem do consumo de energia ativa (que varia com os períodos de suprimento) e da demanda faturável no período. Períodos de Suprimento:

p = horário de PONTA: 3 horas diárias consecutivas e contratuais, definido pela concessionária, nos dias úteis.

f = horário FORA DE PONTA: restante do período não incluso no horário de ponta. s = período SECO: suprimento nos meses de maio a novembro. u = período ÚMIDO: suprimento nos meses de dezembro a abril. Fatura de Energia: CC + CD + SF + V

Faturamento Relativo ao Consumo: CC = Csp x Tsp + Csf x Tsf + Cup x Tup + Cuf x Tuf

onde: Csp = Consumo ativo no período seco em horário de ponta. Csf = Consumo ativo no período seco em horário fora de ponta. Cup = Consumo ativo no período úmido em horário de ponta. Cat = Consumo ativo total no mês. Crt = Consumo reativo total no mês. . Tsp = Tarifa de consumo no período seco em horário de ponta. Tsf = Tarifa de consumo no período seco em horário fora de ponta. Tup = Tarifa de consumo no período úmido em horário de ponta. Tuf = Tarifa de consumo no período úmido em horário fora de ponta. Todas as tarifas acima são expressas em R$/1.000 kWh. Faturamento Relativo à Demanda: CD = Df x TD + Du x TDu (Idem a Tarifa Binomial)

V: Impostos

SF: Sobretaxa para Fator de Potencia Inferior a 0,92:

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2.5.4 – Tarifa Azul

Destinada aos grandes consumidores de alta tensão (grupo A), com tensão de suprimento superior a 69kV e demanda contratada superior a 300kW. Dependem do consumo de energia ativa e da demanda. Nesse caso, tanto o consumo como a demanda variam com os períodos de suprimento.

Fatura de Energia = CC + CD + SF + V onde: Faturamento Relativo ao Consumo: Idem Tarifa Verde. Faturamento Relativo à Demanda: CD = DcpxDbp + (Dcf-Dfp)xDbf + (Dmp-Dcp)xDup + (Dmf-Dcf)xDuf sendo:

Dcp = Demanda contratada em horário de ponta (kW). Dcf = Demanda contratada em horário fora de ponta (kW). Dmp = Demanda medida em horário de ponta (kW). Dmf = Demanda medida em horário fora de ponta (kW). Dfp = Demanda faturável em horário de ponta: maior valor Dmp ou Dcp. Dbp = Tarifa de demanda básica em horário de ponta (R$/kW). Dbf = Tarifa de demanda básica em horário fora de ponta (R$/kW). Dup = Tarifa de demanda na ultrapassagem em horário de ponta (R$/kW). Duf = Tarifa de demanda na ultrapassagem fora do horário de ponta (R$/kW). V: Impostos SF: Sobretaxa para fator de potência inferior a 0,92.

2.6 – FATORES DE CONSUMO 2.6.1 – Fator de Carga (FC)

É a relação entre a demanda média e a demanda máxima de um sistema.

DM FC = ------------- (como DM é sempre menor ou igual a Dmáx; logo FC ≤ 1,0)

Dmáx

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2.6.2 – Fator de Utilização (FU)

É a relação entre a demanda média e a potência instalada de um sistema.

DM FU = ------------ (como DM é sempre menor ou igual a PI; logo FU ≤ 1,0)

PI

2.6.3 – Fator de Demanda (FD)

É a relação entre a demanda máxima e a potência instalada de um sistema.

Dmáx FD = ---------- (como Dmáx é sempre menor ou igual a PI; logo FD ≤ 1,0)

PI

Os fatores de demanda são tabelados e dependem de: - Localidade geográfica: hemisfério, país, região. O fator de demanda de um

apartamento médio é bem diferente em São Paulo, New York e Moscou.

- Classe econômica: O fator de demanda de uma casa com 4 pessoas de classe média é bem diferente da classe alta.

- Tipo de carga: Industrias iguais, com fornos de aquecimento por indução e a arco,

tem fatores de demanda diferentes.

- Época: Um mesmo escritório apresenta fatores de demanda diferentes na década 1960 ou 1980 ou 2000.

- Outros: Área utilizada, quantidade de cargas unitárias, potência instalada, etc.

Na prática, têm-se vários fatores de demanda, dependendo das variáveis e metodologia empregadas pelas normas (ABNT, IEC, NEC, etc), concessionárias (Eletropaulo, Cesp, CPFL, Cemig, etc) e outros órgãos.

Podemos também, adotar metodologia própria como, por exemplo: Para dimensionar

o alimentador geral de uma nova Faculdade de Engenharia, podemos adotar os fatores de demanda das Faculdades da UFU, UNIUBE, FPU, UNIMINAS, etc.

Analogamente, o fator de demanda de uma indústria de macarrão, pode ser avaliado

se levarmos em conta o fator de indústrias semelhantes. Como os fatores de demanda são tabelados e conhecendo-se a potência

instalada(PI) de determinada instalação, podemos facilmente calcular a demanda máxima (Dmáx) e daí calcular a corrente de projeto (IB).

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2.6.4 – Fatores de Demanda Tabelados

Fatores de Demanda Para Cargas de Iluminação e Tomadas de Unidades Consumidoras Residenciais

Carga Instalada (kW) Fator de Demanda

0<C≤1 0,86 1<C≤2 0,81 2<C≤3 0,76 3<C≤4 0,72 4<C≤5 0,68 5<C≤6 0,64 6<C≤7 0,60 7<C≤8 0,57 8<C≤9 0,54 9<C≤10 0,52 C>10 0,45

Fonte: ND-5.1 (Tabela 15 – CEMIG)

Notas:

a) Para lâmpadas incandescentes, considerar kVA = kW (fator de potência unitário); b) Para lâmpadas de descarga e tomadas, considerar kVA = kW/0,92.

Fatores de Demanda Para Cargas de Iluminação e Tomadas de Unidades

Consumidoras Não Residenciais

Descrição Fator de Demanda (%)

Auditórios, salões para exposições, cinemas e semelhantes 100 Bancos e semelhantes 100 Barbearias, salões de beleza e semelhantes 100 Clínicas, hospitais e semelhantes 40 para os primeiros 50kVA

20 para o que exceder 50kVA Clubes e semelhantes 100 Escolas e semelhantes 100 para os primeiros 12kVA

50 para o que exceder 12kVA Escritório, lojas e salas comerciais 100 para os primeiros 20kVA

70 para o que exceder 20kVA Garagens comerciais e semelhantes 100 Hotéis, motéis e semelhantes 50 para os primeiros 20kVA

40 para o que exceder 20kVA Igrejas, templos e semelhantes 100 Oficinas, indústrias e semelhantes 100 para os primeiros 20kVA

80 para o que exceder 20kVA Restaurantes, bares, padarias e semelhantes 100

Fonte: ND-5.1 (Tabela 16 – CEMIG)

Notas:

a) Para lâmpadas incandescentes, considerar kVA = kW (fator de potência unitário); b) Para lâmpadas de descarga e tomadas, considerar kVA = kW/0,92.

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Fatores de Demanda de Fornos e Fogões Elétricos

Número de Fator de Demanda (%)

Aparelhos Potência até 3.5kW Potência Superior a 3,5kW

1 80 80 2 75 65 3 70 55 4 66 50 5 62 45 6 59 43 7 56 40 8 53 36 9 51 35 10 49 34

Fonte: ND-5.1 (Tabela 17 – CEMIG)

Nota: Considerar para a potência dessas cargas kVA = kW (fator de potência unitário);

Fatores de Demanda de Aparelhos Eletrodomésticos, Aparelhos de Aquecimento, Aparelhos de Refrigeração e Condicionadores de Ar

Qtde. de Aparelhos Fator de Demanda (%) Qtde. de Aparelhos Fator de Demanda (%)

1 100 16 43 2 92 17 42 3 84 18 41 4 76 19 40 5 70 20 40 6 65 21 39 7 60 22 39 8 57 23 39 9 54 24 38 10 52 25 38 11 49 26 a 30 37 12 48 31 a 40 36 13 46 41 a 50 35 14 45 51 a 60 34 15 44 61 ou mais 33

Fonte: ND-5.1 (Tabela 18 – CEMIG)

Notas:

a) Aplicar os fatores de demanda à carga instalada determinada por grupo de

aparelhos, separadamente; b) Considerar kW = kVA (fator de potência unitário) para os aparelhos de aquecimento,

para os demais, considerar kVA = kW / 0,92; c) No caso de hotéis, o consumidor deve verificar a conveniência de aplicação desta

tabela ou de fator de demanda igual 100%.

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2.7 – EXERCÍCIOS 2.7.1 Qual é a máxima potência, bem como a carga máxima unitária que pode ser instalada e a tarifação de uma: - Residência com 02 fases. - Indústria com tensão de distribuição primária. - Indústria com tensão de transmissão.

2.7.2 Defina demanda faturável e demanda de ultrapassagem. A energia reativa é cobrada? 2.7.3 As cargas instaladas em uma indústria totalizam 500 kW, o seu consumo mensal é de 73.000 kWh e a demanda máxima registrada é de 200 kW. Pede-se: - A demanda média (DM). - O fator de utilização (FU). - O fator de carga (FC). - O fator de demanda (FD).

2.7.4 Uma residência tem instalado as seguintes cargas: - 15 pontos de luz. - 23 pontos de tomada de uso geral (TUG). - 04 pontos de tomada para uso em copa-cozinha. - 02 pontos de tomada em banheiros. - 03 pontos de tomada em área de serviço. E as seguintes cargas específicas (TUE): - 02 chuveiros elétricos (médios). - 01 torneira elétrica (pequena). - 01 ferro de passar roupas (médio). - 01 forno de microondas. - 01 lavadora de pratos grande. - 01 aparelho de ar condicionado tipo janela de 3.500 kCal/h. Pede-se: - A potência instalada de iluminação e tomadas. - A potência total instalada. - A potência de demanda máxima (Dmáx). - A corrente de projeto IB, para fornecimento em 2F+N / 220-127V / 60HZ / cos ϕ = 0,85.