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Dispositivo de gerenciamento de energia elétricaATITUDE EDITORIAL

Edição 45, Outubro de 2009

Por Danilo Dias da Rosa, Fernando Yamada Juvino Araujo, Miler Luglio Bochi, Rafael Navarenho de

Souza, Rodrigo Del Aguila Lopes, Rodrigo Hidemitsu Yamaki e Salvador Pinillos Gimenez

Nesta seção, são publicados trabalhos desenvolvidos durante a

graduação ou a pós-graduação de profissionais de engenharia

elétrica. Publicado semestralmente, este espaço oferece a

possibilidade de o estudante divulgar seu trabalho para o mei o

técnico, desde que o estudo obedeça aos critérios de pesquisa,

inovação e viabilidade.

Apresentamos, neste mês, um projeto desenvolvido pelos

estudantes Danilo Dias da Rosa, Fernando Yamada Juvino Araujo,

Miler Luglio Bochi, Rafael Navarenho de Souza, Rodrigo Del Aguila

Lopes e Rodrigo Hidemitsu Yamaki, do Centro Universitário da FEI,

orientados pelo professor Salvador Pinillos Gimezes.

O trabalho consiste na criação de um Dispositivo de

Gerenciamento de Energia Elétrica (DGEE), cuja finalidade é

monitorar os principais parâmetros pertinentes à energia elétrica

que é recebida da concessionária em tempo real. O mecanismo

permite que o usuário do sistema implante uma política de racionamento de energia

elétrica em que controles efetivos possam ser implantados e visualizados por meio de

relatórios gerenciais e percebidos por alarmes. Sendo possível, desse modo, a adoção

de um plano de ação para redução de custos inerentes ao consumo de energia elétrica.

Dispositivo de gerenciamento de energia elétrica

O Dispositivo de Gerenciamento de Energia Elétrica (DGEE) consiste basicamente de um quadro

elétrico trifásico, de um controlador lógico programável (CLP) e um supervisório para monitorar os

valores eficazes da corrente elétrica e da tensão elétrica, do fator de potência, da demanda e do

consumo de energia elétrica, utilizando a interface de comunicação OCP (OLE, Objeto de Ligação

Embarcado para Controle de Processo), que permite ao usuário acessar em tempo real tais

parâmetros do CLP e disponibilizá-los em diferentes servidores, onde estão sendo rodados o

supervisório. A comunicação entre o DGEE e os servidores é feita por uma rede sem fio, pela

interface de comunicação serial da Radiometrix.

Devido aos elevados custos da geração e da distribuição da energia elétrica e a escassez de

recursos naturais, o uso racional de energia elétrica é de fundamental importância para um país e,

portanto, a possibilidade de realizar o seu gerenciamento e o controle pode trazer inúmeros

benefícios à sociedade com um todo. Ter a possibilidade de monitorar e armazenar os dados dos

parâmetros da energia elétrica de residências, prédios, fábricas e empresas, tais como a potência

ativa, a potência reativa, o fator de potência, os valores efetivos e de pico das tensões e correntes

afim de reduzir o desperdício e o custo de consumo, vai ao encontro com a política do consumo

racional de energia elétrica.

A maioria das empresas está empenhada em realizar o racionamento da energia elétrica, tentando

respeitar um fator de potência mínimo de 0,92, exigido pelas concessionárias, e evitar exceder a

demanda contratada. Nesse sentido, um dispositivo gerenciador de energia elétrica torna-se de

vital importância.

DESCRIÇÃO DO CIRCUITO

Dois tipos de circuitos foram implantados, em que o primeiro é chamado de circuito de potência e

o segundo é o circuito de controle. O circuito de potência é responsável pelo interfaceamento com

a rede elétrica para a aquisição dos dados de energia elétrica (corrente, tensão, potência ativa,

reativa e fator de potência) e o circuito de controle é responsável pelo tratamento dos dados

medidos e pela comunicação via wireless com o servidor contendo o supervisório.

O CLP utilizado neste contém um rack para sete slots, sendo o primeiro slot correspondente à

CPU,  quatro placas analógicas (quatro slots), uma placa de saída com relé (um slot) e a última de

entrada digital 24V (um slot).

As correntes elétricas de cada fase são medidas por meio de três conjuntos transformadores de

corrente (transformador de corrente, termoplástico, 60 Hz, F.T. 1,2 x In 0,6kV classe 0,6C 5,0 – tipo

janela redonda para cabo Ø24mm, relação 50/5A) e transdutores de corrente (transdutor corrente

alternada - modelo AA-01, entrada 0....5Aac, saída 4....20 mAcc, classe precisão 0,25%,

alimentação auxiliar 220 Vca, 60 Hz – ficha técnica K0019), cujas entradas são de 0 A a 5 A e suas

saídas variam linearmente de 4 mA a 20 mA, que são conectadas às entradas analógicas do CLP e,

por meio de um programa escrito em Ladder, são convertidas para valores digitais, que são

armazenados na memória do CLP.

Em seguida, esses dados são transmitidos serialmente por comunicação sem fio (wireless), via

interface da Radiometrix, para os servidores. Para medir as tensões de cada fase foram utilizados

três conjuntos de transformadores de 220 V/ 6 V e ponte retificadora de onda completa com filtro.

Para medir as potências ativa, reativa e aparente e o cos - foram usados três conjuntos de

transformadores de corrente e um transdutor de potência ativa e reativa (transdutor de potência

analógico – ficha técnica K0018). A Figura 1 apresenta o esquema elétrico para a aquisição dos

parâmetros da energia elétrica a serem controlados.

Figura 1 – Esquema elétrico da interface para aquisição dos parâmetros de controle da

energia elétrica

 

As variáveis de controle do DGEE são armazenadas na memória do CLP e transmitidas serialmente

via wireless para o servidor, em intervalos de tempo pré-programados pelo operador, para que o

supervisório possa gerar os relatórios gerenciais (gráficos da tensão, corrente, potência ativa,

reativa e aparente e cos ? em função do tempo, de falhas de energia elétrica e da qualidade da

energia fornecida pela concessionária). Dependendo da condição de consumo e do valor do cos ?,

o sistema pode desativar determinadas ¬cargas por meio da interface das saídas digitais do CLP,

dentro de certa prioridade especificada pelo operador. Essas cargas desativadas são definidas por

uma tabela de desacionamento de cargas, ou seja, quando a demanda for maior que a demanda

contratada ou cos ? for menor que 0,92, por um intervalo de tempo superior ao especificado no

supervisório, determinadas cargas podem ser desativadas, seguindo a tabela de prioridade de

desacionamento de cargas.

 

Figura 2 – Fotografia do DGEE, que mostra o sistema completo. Da esquerda para a

direita: cargas (conjunto de lâmpadas), o frontal do gabinete com display e teclado, em

cima do gabinete, o Radiometrix (wireless) e o notebook rodando o supervisório.

 

A Figura 3 apresenta uma fotografia da parte interna do DGEE.

Figura 3 – Parte interna do DGEE

SUPERVISÓRIO em DELPHI 6

O programa supervisório é implementado em linguagem Delphi 6 e é responsável por receber

dados seriais dos parâmetros da energia elétrica, via interface Radiometrix, do CLP, emitir alarmes

sonoros quando ocorrer um evento (condição de consumo maior que o contratado ou um cos ïª� menor que 0,92), gerar os relatórios gerenciais e por desativar ou ativar determinadas cargas, por

enviar um comando ao CLP. Na aplicação desenvolvida, é possível monitorar a corrente elétrica, a

tensão elétrica, o fator de potência, a demanda e o consumo para gerenciar o uso racional de

energia elétrica.

INTERFACE DE COMUNICAÇÃO OPC

O programa supervisório elaborado em Delphi utilizou como base o padrão OPC (OLE, Object

Linking and Embedding for Process Control) para fazer a comunicação serial entre a plataforma

Windows, através do Delphi, e o CLP, que facilitou demasiadamente a implantação do DGEE.

 

ALARMES GERADOS PELO DGEE

Se os valores configurados pelo operador da demanda e do fator de potência não forem atendidos,

o DGEE registra tais eventos ao longo do tempo no banco de dados do supervisório e sinaliza um

evento, gerando um alarme na tela principal do supervisório. Com essa sistemática o operador

pode atuar no desacionamento das cargas para evitar custos adicionais de consumo de energia

elétrica (multas), até que a situação volte aos padrões estipulados no supervisório.

 

CONCLUSÃO

Monitorar os principais parâmetros da energia elétrica em tempo real por meio de um DGEE a

longa distância, usando comunicação sem fio (wireless), permite ao usuário adotar medidas de

contenção e preventivas pela verificação dos eventos (alarmes) e, consequentemente, prevenir

custos adicionais de consumo de energia elétrica e também ao uso consciente de energia elétrica.

Outra grande vantagem para o usuário do DGEE é permitir o confronto do que é cobrado pela

concessionária com os dados dos relatórios mensais de consumo de energia elétrica, pois

atualmente há uma grande carência de produtos desse tipo a um custo relativamente baixo, como

é o caso daquele proposto por este projeto de conclusão de curso. As falhas (falta de fornecimento

de energia elétrica e má qualidade da energia elétrica) da concessionária também podem ser

negociadas com o usuário do sistema.

 

 

REFERÊNCIAS

 

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Borland Press, “Borland Delphi 6 Passo A Passo Lite”, São Paulo: Makron: Pearson Education do

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LEÃO, Marcelo. Borland Delphi 6: curso básico & rápido. Rio de Janeiro: Axcel, c2001

BURKE, Thomas J., “The Performance and Throughput of OPC, A Rockwell Software Perspective”,

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CHISHOLM, Al., “DCOM, OPC and Performance Issues”, Intellution Inc., 1998.

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IWANITZ, Frank and Lange, Jürgen. “OLE for Process Control – Fundamentals, Implementation and

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