Samira dos Santos Andrade
Qualidade de Energia Elétrica e Impactodas Energias Renováveis em Cabo Verde
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Universidade do MinhoEscola de Engenharia
Dezembro de 2012
Tese de MestradoCiclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau deMestre em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores
Trabalho efetuado sob a orientação doProfessor Doutor João Luiz Afonso
Samira dos Santos Andrade
Qualidade de Energia Elétrica e Impactodas Energias Renováveis em Cabo Verde
Universidade do MinhoEscola de Engenharia
Ao meu marido Américo Andrade,
E aos meus filhos Thiago e Gabriel
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde v Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Agradecimentos
A realização do trabalho aqui apresentado não teria sido possível sem o apoio e a
contribuição de algumas pessoas, às quais não poderia de destacar e transmito os meus
mais sinceros agradecimentos pelo esforço que fizeram no sentido de ajudar a
concretizar este trabalho.
Ao Professor Doutor João Luiz Afonso meu orientador neste trabalho de
dissertação, pelo encorajamento, apoio, dedicação e disponibilidade demostrada ao
longo deste trabalho.
Ao investigador do laboratório de Eletrónica de Potência da Universidade do
Minho, Vitor Monteiro pela disponibilidade e ajuda no decorrer desse trabalho.
Aos meus colegas de curso, Delfin Pinto, Nuno Manuel, Emanuel Gonçalves
Yazalde Manganhela, Martinho Fernandes, Nuno Teixeira e Nilton Lopes, pela amizade
e partilha de conhecimento que tivemos ao longo do curso.
Os meus agradecimentos as Instituições Cabo-verdianas, ARE (Agência de
Regulação Económica) e ELECTRA (Empresa de Energia e Água) pela
disponibilização dos dados necessários para o referido trabalho.
Aos meus irmãos, Nilza Maria, José Marcos, Eurico, Adelina, Ana Maria e Elida,
pelo encorajamento dada para que eu conseguisse superar mais uma etapa na minha
vida.
Aos meus filhos, Thiago e Gabriel, pela simples razão de serem meus filhos.
Ao meu marido, Américo Andrade, por estar sempre a meu lado e me ter dado
sempre apoio quando precisava.
Por fim, a todos que diretamente ou indiretamente contribuíram para a realização
deste trabalho.
Qualidade de Energia e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde vii Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Resumo
Atualmente, a qualidade de energia elétrica tem assumido um papel importante,
quer social, económico e ambiental. O aumento das cargas não lineares nas instalações
elétricas tem causado perturbações na rede elétrica, “poluindo” com harmónicos. Essas
perturbações podem originar em problemas graves, com custos elevados afetando
principalmente os consumidores em geral. Por essa razão a qualidade da energia elétrica
fornecida deve estar dentro dos padrões estipulados.
Dado à localização geográfico, Cabo Verde possui boas condições para o
aproveitamento das energias renováveis, no país de modo a reduzir a dependência
externa em matéria de energia. Com a integração das energias renováveis na rede
pública, podem ocorrer alguns problemas de qualidade de energia na tensão de
alimentação.
Este trabalho de dissertação tem como objetivo estudar a qualidade de energia e o
impacto das energias renováveis em Cabo Verde. Com base nisso foram feitos alguns
inquéritos, nomeadamente nas Ilhas de São Vicente e Santiago, em relação à qualidade
de energia elétrica e também foram realizadas algumas medições, registando a evolução
da tensão elétrica ao longo do dia em alguns consumidores. Nesse sentido foram
realizadas simulações computacionais, recorrendo ao software PSIM, desenvolveu-se o
modelo da rede de média tensão da Ilha do Maio, com cargas elétricas, nomeadamente
as lineares e as não lineares.
Palavras-Chave: Qualidade de Energia Elétrica, Consumos de Energia Elétrica,
Energias Renováveis, Redes Elétricas de Cabo Verde.
Qualidade de Energia Eléctrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde ix Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Abstract
Actually, electrical energy quality is taking an important role, wheter at a social,
economic or environmental point of view. The increasing of non-linear charges at the
electrical installations it's causing disturbances in the electrical network, causing
pollution with the harmonics. This disturbance can cause serious problems, with high
costs, affecting generally the costumers. Therefore, the electrical energy quality
provided must respect the standards as established.
Due to geographical position, Cape Verde possesses good conditions to take
advantage of the renewable energy, reducing the dependence of external energy.
Although, the integration of the renewable energy on the distribution can bring some
problems concerning the supply voltage.
The main objective of this dissertation is to study the impact of the renewable
energy in Cape Verde. Based on this, some inquires were made, namely in Santiago and
São Vicente islands, regarding the electrical energy quality and some measurements
about voltage evolution in some consumers house. Furthermore some computational
simulations have been made using the software PSIM, with which a model of Maio
Island low tension electrical network system has been developed with linear and not
linear electrical charge.
Keywords: Electrical Energy Quality, Electrical Energy Consumptions, Renewable
Energy, Electrical Network in Cape Verde.
Qualidade de Energia Eléctrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde xi Samira dos Santos Andrade – Universidade do Minho
Índice
Agradecimentos .......................................................................................................................................... v
Resumo ..................................................................................................................................................... vii
Abstract ..................................................................................................................................................... ix
Índice .......................................................................................................................................................... xi
Lista de Figuras ....................................................................................................................................... xiii
Lista de Tabelas ....................................................................................................................................... xv
Lista de Abreviaturas, Acrónimos, Siglas e Símbolos......................................................................... xvii
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................................................. 1
Introdução .................................................................................................................................................. 1
1.1 Informação sobre Cabo Verde ..................................................................................................... 1 1.2 Importância das Energias Renováveis ......................................................................................... 2 1.3 Importância da Qualidade de Energia Elétrica ............................................................................. 4 1.4 Motivação e Objetivos do Trabalho ............................................................................................. 5 1.5 Organização da Dissertação ......................................................................................................... 6
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................................................. 9
Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis ........................................................................... 9
2.1 Introdução .................................................................................................................................... 9 2.2 Problemas da Qualidade de Energia Elétrica ............................................................................... 9
2.2.1. Sobretensão Transitórios ................................................................................................................... 10 2.2.2. Interrupção da Alimentação ............................................................................................................... 10 2.2.3. Cavas de Tensão ................................................................................................................................ 11 2.2.4. Sobretensão Momentânea .................................................................................................................. 12 2.2.5. Micro-Corte ....................................................................................................................................... 13 2.2.6. Harmónicos ....................................................................................................................................... 14 2.2.7. Flutuação de Tensão .......................................................................................................................... 15 2.2.8. Ruído ................................................................................................................................................. 16 2.2.9. Desequilíbrios das Tensões ............................................................................................................... 16 2.2.10. Fator de Potência ............................................................................................................................... 17 2.2.11. Variação da Frequência ..................................................................................................................... 18
2.3 Fontes de Energia Renovável ..................................................................................................... 18 2.3.1. Aproveitamento da Energia Solar Fotovoltaica ................................................................................. 19 2.3.2. Energia Eólica ................................................................................................................................... 20
2.4 Conclusão................................................................................................................................... 23
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................................... 25
Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde ................................................................................... 25
3.1 Introdução .................................................................................................................................. 25 3.2 Setor Elétrico de Cabo Verde ..................................................................................................... 25
3.2.1. Qualidade de Serviço ......................................................................................................................... 27 3.2.2. Energias Renováveis ......................................................................................................................... 28
3.3 Análise e Tratamento de Dados dos Inquéritos .......................................................................... 32 3.3.1. Inquéritos às Residências ................................................................................................................... 33 3.3.2. Inquérito às Empresas/Indústrias ....................................................................................................... 37
3.4 Análise das Medições ................................................................................................................ 41 3.4.1. Valor Eficaz da Tensão...................................................................................................................... 42 3.4.2. Variação da Tensão e Transitórios..................................................................................................... 43
3.5 Legislação de Cabo Verde ......................................................................................................... 46 3.6 Conclusão................................................................................................................................... 49
CAPÍTULO 4 ........................................................................................................................................... 51
Índice
xii Qualidade de Energia e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio-Cabo Verde ................................................... 51
4.1 Introdução .................................................................................................................................. 51 4.2 Descrição do Modelo do Sistema de Distribuição ..................................................................... 52 4.3 Resultados das Simulações......................................................................................................... 56
4.3.1. Sistema Elétrico Com Cargas Elétricas Resistiva-Indutiva (RL) ....................................................... 57 4.3.2. Sistema Eléctrico Com Cargas Não Lineares Tipo Retificador Monofásico Com Filtro Capacitivo . 59 4.3.3. Sistema Elétrico Com Cargas Lineares Tipo Resistivas Puras ........................................................... 61 4.3.4. Sistema Elétrico com Cargas Lineares e não Lineares ....................................................................... 62
4.4 Conclusão ................................................................................................................................... 67
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................................................... 69
Conclusões e Sugestões de Trabalho Futuro .......................................................................................... 69
5.1 Conclusões ................................................................................................................................. 69 5.2 Trabalho Futuro .......................................................................................................................... 70
Referências ................................................................................................................................................ 71
ANEXOS ................................................................................................................................................... 73
Anexo A- Questionário para as Residências .......................................................................................... 74 Anexo B- Questionário para as Empresas .............................................................................................. 76 Anexo C- Esquema Unifilar da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio- Cabo Verde ......................... 78
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde xiii Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Lista de Figuras
Figura 1.1 - Arquipélago de Cabo Verde. .................................................................................................... 1
Figura 1.2 - Consumo de combustíveis para produção de energia elétrica em Cabo Verde [3]................... 3
Figura 1.3 - Tensão e corrente num sistema eléctrico: (a) com carga linear, (b) com carga não
linear adaptado [6]. .............................................................................................................................. 4
Figura 2.1 - Exemplo do transitório oscilatório devido a comutação de banco de condensadores no
sistema elétrico. ................................................................................................................................. 10
Figura 2.2 - Interrupção breve da tensão de alimentação com duração de 2 ciclos da rede adaptado
[11]..................................................................................................................................................... 11
Figura 2.3 - Exemplo de uma cava de tensão devida a um curto-circuito na rede adaptado [11]. ............. 12
Figura 2.4 - Exemplo de sobretensão momentânea devido a manobras dos disjuntores nas linhas
adaptado [11]. .................................................................................................................................... 13
Figura 2.5 - Exemplo de uma Notches na tensão de alimentação de um conversor CA/CC adaptado
[11]..................................................................................................................................................... 13
Figura 2.6 - Exemplo de uma distorção harmónica na tensão de alimentação devida a uma carga
não linear adaptado [11]. ................................................................................................................... 14
Figura 2.7 - Exemplo de um ruído na tensão de alimentação sobreposta a uma frequência adaptado
[11]..................................................................................................................................................... 16
Figura 2.8 - Desequilíbrio de tensão nas três fases da tensão de alimentação, com amplitudes
diferente. ............................................................................................................................................ 17
Figura 2.9 - Tipos de tecnologias fotovoltaicos: (a) monocristalino, (b) policristalino e (c)
multicristalino. ................................................................................................................................... 20
Figura 2.10 - Turbina de eixo horizontal [19]. ........................................................................................... 22
Figura 3.1 - Velocidade do vento nas ilhas de Cabo Verde [20]................................................................ 30
Figura 3.2 - Atlas do potencial eólico em Cabo Verde [20]. ..................................................................... 31
Figura 3.3 - Atlas do potencial solar em Cabo Verde [20]. ....................................................................... 32
Figura 3.4 -Resposta a Inquérito: amostra e taxa de resposta .................................................................... 33
Figura 3.5 -Resposta a Inquérito: (a) instalação e (b) o tipo de protecção da residência. .......................... 34
Figura 3.6 - Resposta a inquéritos: (a) tipos de lâmpadas e (b) anomalias de funcionamento das
lâmpadas. ........................................................................................................................................... 35
Figura 3.7 - Resposta a inquéritos: (a) existe aviso prévio antes de interrupção de energia e (b)
número de interrupção de energia numa semana. .............................................................................. 36
Figura 3.8 - Resposta a inquéritos: causas da interrupção de energia elétrica. .......................................... 36
Figura 3.9 - Resposta a inquérito: melhorias na prestação de serviço. ...................................................... 37
Figura 3.10 - Resposta a inquéritos: ramo de atividade das empresas. ...................................................... 38
Figura 3.11 - Resposta a inquérito: Tipo de alimentação da empresa. ....................................................... 38
Figura 3.12 - Resposta a inquérito: número de interrupções de energia elétrica por mês. ......................... 39
Figura 3.13 - Resposta a inquérito: tipos de anomalias mais frequentes nos equipamentos elétricos........ 39
Figura 3.14 - Resposta a inquérito: fatores considerados na compra dos equipamentos eléctricos ........... 40
Lista de Figuras
xiv Qualidade de Energia Eléctrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 3.15 - Resposta a inquérito: compensação da potência reativa. ...................................................... 40
Figura 3.16 - Resposta a inquérito: classificação de energia fornecida. ..................................................... 41
Figura 3.17 - Valor eficazes da tensão registados na residência. ............................................................... 42
Figura 3.18 - Valores eficazes da tensão registados na indústria de tintas. ................................................ 43
Figura 3.19 - Registo de uma cava de tensão na residência. ...................................................................... 43
Figura 3.20 - Registo de cavas de tensão e de sobretensões na indústria de tintas..................................... 44
Figura 3.21 - Registo de transitório na residência. ..................................................................................... 45
Figura 3.22 - Registo de transitório na indústria de tintas. ......................................................................... 45
Figura 3.23 - Registo de harmónicos na residência. ................................................................................... 46
Figura 3.24 - Registo de harmónicos na indústria de tintas. ...................................................................... 46
Figura 4.1 - Ambiente de interface do PSIM.............................................................................................. 52
Figura 4.2 - Circuito equivalente da rede de média tensão da Ilha do Maio .............................................. 54
Figura 4.3 - Formas onda das tensões e correntes no primário do transformador da subestação de
Torril. ................................................................................................................................................. 55
Figura 4.4 - Formas onda das tensões e correntes no secundário do transformador da subestação de
Torril. ................................................................................................................................................. 55
Figura 4.5 - Circuito de potência simulado no PSIM, referente a um dos “Braços”. ................................. 56
Figura 4.6 - Forma de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL no posto de
transformação de nome Shell, do primeiro “Braço”. ......................................................................... 57
Figura 4.7 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga RL no posto de
transformação de nome Fontona, do primeiro “Braço”. ..................................................................... 58
Figura 4.8 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga não linear no posto de
transformação de nome Barreiro, referente ao segundo “Braço”. ...................................................... 59
Figura 4.9 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga não linear no posto de
transformação de nome Barreiro, referente ao segundo “Braço”. ...................................................... 60
Figura 4.10 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida por uma carga resistiva pura no
posto de transformação de nome Bela Vista referente ao terceiro “Braço”. ...................................... 61
Figura 4.11 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga resistiva no posto de
transformação de nome Pilão Cão, referente ao terceiro “Braço”. ..................................................... 61
Figura 4.12 - Formas de onda das tensões e corrente referente ao primário da subestação com uma
carga RL e retificador monofásico com filtro capacitivo. .................................................................. 63
Figura 4.13 - Formas de onda das tensões e corrente referente ao secundário da subestação com
uma RL e retificador monofásico com filtro capacitivo. .................................................................... 63
Figura 4.14 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Shell, do primeiro
“Braço”. ............................................................................................................................................. 64
Figura 4.15 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Fontona, do primeiro
“Braço”. ............................................................................................................................................. 65
Figura 4.16 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Belavista, do último
“Braço”. ............................................................................................................................................. 66
Figura 4.17 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome P.cão, do último
“Braço” .............................................................................................................................................. 66
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde xv Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 - Classificação do vento a uma altura de 50 m [17]. ................................................................ 23
Tabela 3.1 - Produção de energia elétrica em Cabo Verde por tipo de gerador (kWh) entre os anos
de 2006 e 2010 [3]. ............................................................................................................................ 26
Tabela 3.2 - Número e duração total das interrupções de energia ocorridas em 2010 em Cabo
Verde [3]. ........................................................................................................................................... 27
Tabela 3.3 - Potências associadas ao Zona de Desenvolvimento de Energias Renováveis em Cabo
Verde [20]. ......................................................................................................................................... 28
Tabela 4.1 - Valores da carga elétrica linear tipo RL obtidos por simulação. ........................................... 58
Tabela 4.2 - Valores da carga não linear tipo retificador monofásico com filtro capacitivo obtidos
por simulação. .................................................................................................................................... 60
Tabela 4.3 - Valores da carga elétrica linear tipo resistiva pura obtido por simulação. ............................. 62
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde xvii Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Lista de Abreviaturas, Acrónimos, Siglas e Símbolos
º
Ω
A
AT
Graus
Ohm
Amperes
Alta Tensão
BT
BCV
Baixa Tensão
Banco de Cabo Verde
CA Corrente Alternada
CC
Cos
ELECTRA
GW
Hz
INE
kVA
kVAr
kW
kWh
kV
ms
m/s
Corrente Contínua
Desfasamento entre a tensão e a corrente
Empresa de Eletricidade e Água de Cabo Verde
Giga Watt
Hertz
Instituto Nacional de Estatística Cabo Verde
Quilovolt- amperes
Quilovolt- amperes Reativo
Quilo Watt
Quilo Watt-hora
Quilo Volt
Milisegundos
Metro por segundos
MT
MW
MWh
PC
Média Tensão
Mega Watt
Mega Watt-hora
Computador Pessoal
PLC
PIB
Controladores Lógicos Programáveis
Produto Interno Bruto
QEE Qualidade de Energia Elétrica
RMS Root Mean Square (Valor Eficaz)
RSU
s
THD
Resíduos Sólidos Urbanos
Segundos
Total Harmonics Distortion
V Volt
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 1 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
CAPÍTULO 1
Introdução
1.1 Informação sobre Cabo Verde
Cabo Verde é composto por um conjunto de dez Ilhas, das quais nove são
habitadas. As Ilhas são de origens vulcânicas, formadas por acumulação de rochas,
situadas no Oceano Atlântico. O país apresenta uma superfície total de 4.033 ,
situa-se a 500 km da costa Senegalesa e 1.500 km a sul das Canárias. As Ilhas podem
ser agrupadas por dois grupos, consoante a posição das Ilhas em relação aos ventos
elísios predominantes do Nordeste: Barlavento, constituído pelas Ilhas de Santo Antão,
São Vicente, Santa Luzia, São Nicolau, Sal e Boa Vista e Sotavento, pelas ilhas de
Maio, Santiago, Fogo e Brava. A Figura 1.1 apresenta a localização geográfica do
arquipélago de Cabo Verde e a distribuição das Ilhas. Segundo fontes oficiais (BCV e
INE), em 2008, a população de Cabo Verde tinha cerca de 500.000 habitantes. De
acordo com o INE, o crescimento populacional de Cabo Verde é por volta de 1,87% ao
ano para o período 2000-2020. O INE prevê que em termos de desenvolvimento, nas
quatro Ilhas principais (São Vicente, Santiago, Sal e Boa Vista), a população crescerá
73% até 2027,enquanto que nas zonas rurais esse aumento não ultrapassará 1%. O
crescimento também é explicado pelas migrações internas, das zonas rurais para as
cidades onde existem melhores condições em termos de mercado de trabalho [1].
Figura 1.1 - Arquipélago de Cabo Verde.
Capítulo 1- Introdução
2 Qualidade de Energia Eléctrica e o Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Na década de 90, iniciou-se um programa de reestruturação no setor económico
de Cabo Verde, para uma economia com maior participação do setor privado e com
investimentos externos. De 2002 até finais de 2006, a economia Cabo-verdiana
verificou uma fase de crescimento mais agressiva de que os anos transatos,
apresentando bons resultados económicos, sustentados por um crescimento do PIB em
torno de 6,5%, e uma inflação sob controlo. Os investimentos diretos do setor privado
(interno e externo) tiveram uma forte influência nesses indicadores económicos. O setor
industrial encontra-se em pleno desenvolvimento, no qual se pode destacar o turismo
como sendo a principal alavanca para o crescimento económico do país, com impacto
significativo no setor energético. Os recursos económicos dependem sobretudo da
agricultura e pecuária, mas apenas 10% das terras são cultiváveis devido à falta de água,
causada por secas prolongadas, condicionando assim a produção agrícola. O país é
dependente das importações, sendo que 90% dos bens de consumo e produtos
alimentares vem de exterior, e em contrapartida Cabo Verde conta com uma fraca taxa
de exportação [1].
1.2 Importância das Energias Renováveis
Na década de 80, o interesse pelas energias renováveis verificava-se somente no
setor privado, mas com a preocupação da subida dos preços dos combustíveis fósseis, e
com o problema do “Efeito de Estufa” por causa da poluição ambiental por causa da
libertação do dióxido de carbono, têm-se desenvolvido as tecnologias de energias
renováveis, “limpas” principalmente para a produção de eletricidade.
Em 1997, a demanda total de eletricidade mundial foi de 12 triliões de kWh e é
projetado para 2015 19 triliões de kWh. A maior parte dessa procura encontra-se
distribuída entre energias fósseis e nuclear, somente uma pequena parte é assegurada
pelas fontes de energias renováveis. Em 2008, 69% correspondia aos combustíveis
fósseis, o nuclear 13%, e as renováveis 18%, divididos em 15% para as hidroelétricas e
3% para as outras fontes renováveis. Nos últimos 10 anos a energia solar e a eólica têm-
se destacando como sendo as de maior crescimento com uma penetração de quase 35%
da potência instalada por ano [2].
Atualmente um dos principais problemas no Mundo é o consumo de energia,
sendo que o petróleo representa a fonte com a maior percentagem de utilização. Em
Cabo Verde também se destaca a predominância da utilização de combustíveis fósseis
como principais fontes de energia, com mais de 90% de participação na produção de
eletricidade, especialmente através do uso de Diesel em centrais térmicas. Uma vez que
Capítulo 1- Introdução
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 3 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Cabo Verde não possui esse tipo de combustível em seu território, nomeadamente o
petróleo, o país necessita importar todo o combustível utilizado para a produção de
energia elétrica, sendo esta uma fatura consideravelmente elevada nos gastos anuais do
país. Cabe referir que ao custo do petróleo importado há ainda que somar custos de
transporte entre as ilhas. A dependência do exterior para a obtenção de energia não é
uma base sustentada para o futuro, pois torna o país extremamente dependente de
conjeturas internacionais. A Figura 1.2 ilustra diferentes tipos de consumos dos
combustíveis fósseis para a produção de energia elétrica em Cabo Verde. De 2007 a
2010 observa-se uma diminuição no consumo do gasóleo de 32 milhões de litros para
24 milhões de litros. Já o Fuel Oil 180 aumentou de 24 milhões de litros para 41
milhões litros e o Fuel Oil 380 manteve-se nos 9 milhões de litros.
Figura 1.2 - Consumo de combustíveis para produção de energia elétrica em Cabo Verde [3].
Devido à localização geográfica, Cabo Verde possui condições favoráveis para o
aproveitamento das energias renováveis, nomeadamente a eólica e a solar fotovoltaica.
Durante o ano todo há presença do vento no arquipélago com velocidades de 5 m/s a
9,7 m/s, e com cerca de 3 mil horas de sol por ano. A integração das energias renováveis
nas redes elétricas trará muitos benefícios a Cabo Verde, nomeadamente [4]:
Redução dos custos e da dependência dos combustíveis fósseis para gerar
energia elétrica;
Melhoraria de gestão do risco ao diversificar as fontes de geração de
energia elétrica;
Criação de empregos e benefícios económicos;
Capítulo 1- Introdução
4 Qualidade de Energia Eléctrica e o Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Benefícios ambientais, reduzindo as emissões de dióxido de carbono.
1.3 Importância da Qualidade de Energia Elétrica
As empresas distribuidoras de energia elétrica sempre tiveram interesse na
qualidade de energia, no que diz respeito à produção, transporte, distribuição e aos
consumidores em geral (industrias e residências).
Anos atrás a qualidade de energia elétrica era geralmente adequada às
necessidades dos consumidores desde que não existisse interrupção de energia e a
amplitude de tensão e frequência se mantivesse dentro dos parâmetros aceitáveis. Isso
porque a natureza das cargas ligadas ao sistema elétrico tinha caraterísticas lineares e
dessa forma as correntes consumidas bem como as tensões da alimentação eram
sinusoidais e da mesma frequência. Podendo apenas encontrar-se desfasadas as
correntes relativamente à tensão, por necessitarem da potência reativa para o seu
funcionamento, como ilustra a Figura 1.3 (a). O interesse em usar energia de forma mais
racional, e com a proliferação da eletrónica de potência, surgiu um novo tipo de cargas,
as não lineares. Essas cargas são bastante sensíveis a perturbações que podem surgir no
sistema elétrico. A Figura 1.3 (b) apresenta as formas de ondas de tensão e corrente
numa das fases de uma carga não linear (retificador monofásico de onda completa, com
um filtro capacitivo). Contudo com a integração das cargas não lineares, o sistema
elétrico passou a ter melhor rendimento, controlabilidade e melhores custo, permitindo
ainda executar tarefas não possíveis anteriormente [5]. Entretanto as cargas não lineares
apresentam a desvantagem de consumirem correntes não sinusoidais, causando
perturbações na rede elétrica ao qual estão conectadas, “poluindo-a” com harmónicos.
Figura 1.3 - Tensão e corrente num sistema eléctrico: (a) com carga linear, (b) com carga não
linear adaptado [6].
A poluição harmónica provocada por essas cargas nas instalações pode causar
operação inadequada de outros equipamentos, levando a problemas, tais como, perdas
de dados, luzes que cintilam, aumento das perdas relacionadas com o transporte e
distribuição de energia, disparo de dispositivos de proteção, etc. Quando essas
Capítulo 1- Introdução
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 5 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
perturbações são ignoradas podem levar a avaria dos equipamentos utilizados, aumento
dos custos com a energia devido as perdas nas instalações elétricas, e também à perda
de produção. Essas anomalias que podem surgir numa instalação fazem com que os
consumidores estejam mais conscientes em relação aos problemas relacionados com a
qualidade de energia elétrica, visto que os mesmos estão cada vez mais informados em
relação a problemas tais como interrupções, afundamentos de tensão ou cavas de tensão
e transitórios, exigindo os distribuidores de energia a melhorar a qualidade de energia
fornecida [7].
As redes de distribuição têm um forte impacto na qualidade de energia elétrica.
Na produção e transporte de energia a qualidade é quase sempre uniforme, de forma que
praticamente todas as perturbações sentidas pelos consumidores têm origem em
acidentes ou incidentes que ocorrem nas redes de distribuição. Muitos destes incidentes
têm origens em eventos imprevisíveis, como as descargas atmosféricas, curto-circuitos
provocadas por aves, entre muitas outras causas, e não há meios técnicos para evitar as
suas consequências [8].
Em Cabo Verde a demanda da energia elétrica aumentou exponencialmente nos
últimos anos, devido ao crescimento da população, do turismo e das indústrias. Com a
integração das fontes de energias renováveis à rede elétrica, principalmente a eólica,
podem ocorrer problemas de qualidade de energia devido à variabilidade da produção
de energia extraída do vento.
1.4 Motivação e Objetivos do Trabalho
Como já foi referido Cabo Verde é um arquipélago, pelo que existem bastantes
fragilidades decorrentes da descontinuidade relacionada com a sua natureza insular. No
entanto, devido à sua localização geográfica bastante privilegiada, Cabo Verde tem os
três grandes recursos para a produção de Energias Renováveis: Vento, Sol e Mar.
A população em Cabo Verde está distribuída por áreas urbanas, semi-urbanas e
rurais, sendo de realçar a existência de populações dispersas. Esta situação demográfica
traz enormes problemas à rede de distribuição de energia elétrica, principalmente por
este se tratar de um país com grau de desenvolvimento médio. O governo Cabo-
verdiano, em conjunto com as empresas do setor energético e com parceiros
internacionais, têm desenvolvido estudos que visam analisar a viabilidade do recurso à
utilização de fontes de energia renovável no país.
Capítulo 1- Introdução
6 Qualidade de Energia Eléctrica e o Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
O foco deste trabalho de dissertação está em contribuir para ajudar a solucionar os
problemas da Qualidade de Energia Elétrica, bem como os impactos das Energias
renováveis em Cabo verde.
Este trabalho de Dissertação apresenta os seguintes objetivos principais:
Estudo sobre a Qualidade de Energia Elétrica em Cabo Verde, de modo a
caraterizar a situação atual e a apresentar algumas recomendações,
incluindo a realização de um inquérito a algumas empresas, indústrias e a
consumidores residenciais, com relação à Qualidade de Energia Elétrica.
Estudo do potencial de Cabo Verde (em algumas zonas) para a produção
de energia a partir de fontes renováveis, nomeadamente a eólica e a
fotovoltaica, uma vez que já têm sido feitos estudos relativos a estas fontes
de energia em Cabo Verde.
Pretende-se também realizar algumas medições para se registar a evolução
da tensão elétrica ao longo do dia em alguns consumidores. Com base
nesses dados adquiridos, e a partir de informações fornecidas por duas
entidades ligadas ao setor energético de Cabo Verde, a ARE (Agencia de
Regulação Económica) e a ELECTRA S.A, neste trabalho serão
modelados o sistema de distribuição de energia elétrica de média tensão da
Ilha do Maio.
1.5 Organização da Dissertação
Este trabalho está dividido em cinco capítulos. Para além do presente capitulo, de
introdução, são apresentados mais quatro capítulos, sendo cada um deles bem definido.
O primeiro capítulo dá uma visão às questões introdutórias, começando por
identificar o problema em geral, enquadramento do trabalho, motivações, os objetivos
específicos do trabalho e as contribuições relevantes do trabalho de modo a
proporcionar ao leitor uma boa interpretação do mesmo.
No capítulo 2, com o título “Qualidade de Energia Elétrica e Energias
Renováveis”, são apresentados os diversos problemas de qualidade de energia elétrica
que podem surgir nos sistemas elétricos. São ainda apresentadas as fontes de energias
renováveis sobre as quais o trabalho se debruça, em particular a energia solar
fotovoltaica e a energia eólica.
O capítulo 3 tem o título de “Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde”.
Neste capítulo é efetuada uma comparação das análises e tratamento de dados dos
Capítulo 1- Introdução
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 7 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
inquéritos feitos aos consumidores residenciais e industriais. Ainda é apresentada a
legislação do setor elétrico do país.
No capítulo 4 são apresentadas as análises de resultados sobre a qualidade de
energia elétrica do modelo da rede. Este capítulo deu-se o título de “ Simulação da Rede
de Média Tensão da Ilha do Maio-Cabo Verde.
No quinto capítulo, com o título de Conclusões e Sugestões de Trabalho Futuro”
são apresentadas as conclusões retiradas ao longo deste trabalho, são avaliadas as
opções e são sugeridos trabalhos futuros para a continuidade deste projeto.
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 9 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
CAPÍTULO 2
Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
2.1 Introdução
Neste capítulo é feito um levantamento bibliográfico, apresentando algumas
definições dos problemas relacionados com a Qualidade de Energia Elétrica (QEE),
bem como as causas e consequências provocadas por essas perturbações. Ainda, neste
capítulo é apresentado o aproveitamento das Energias Renováveis com ênfase na
energia eólica e na energia solar fotovoltaica, que nos últimos anos têm sido as grandes
apostas dos países em via de desenvolvimento, nomeadamente Cabo Verde, com o
intuito de diminuir a importação dos combustíveis fósseis e a poluição, contribuindo
assim de modo sustentável para a produção energia elétrica “limpa” e estável no país.
2.2 Problemas da Qualidade de Energia Elétrica
A Qualidade da Energia Elétrica (QEE), conhecida na literatura inglesa por
Electrical Power Quality, pode ser definida como sendo um conjunto de alterações que
ocorre num sistema elétrico, deformando a forma de onda de tensão sinusoidal. Estas
alterações surgem na frequência ou amplitude do sinal elétrico, através de ruídos,
interrupções, distúrbios e frequências diferentes da fundamental (normalmente 50 Hz ou
60 Hz). Já a referência [7] define QEE como sendo qualquer problema manifestado na
tensão ou corrente, ou variação de frequência, resultando em falha ou mau
funcionamento em equipamentos do utilizador. Na perspetiva do consumidor e dos
sistemas de distribuição, a qualidade de energia é a qualidade e continuidade de tensão
que recebem, sendo que a corrente absorvida depende da carga das instalações [9].
Normalmente uma energia de qualidade requer que os parâmetros de tensão e de
corrente sejam praticamente sinusoidais. Em regime estacionário as tensões têm uma
tolerância de amplitude ± 10 % do valor nominal.
A seguir são apresentados os diferentes tipos de perturbações que podem surgir
num sistema elétrico. Essas perturbações são definidas de acordo com a norma Europeia
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
10 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
EN 50160 (tradução Portuguesa NP EN 50160), em que descreve as caraterísticas
principais, no ponto de entrega ao cliente, da tensão de alimentação por uma rede de
distribuição pública em baixa ou média tensão, em condições normais de exploração.
2.2.1. Sobretensão Transitórios
Este tipo de perturbação, oscilatória ou não, ocorre quando há uma variação
rápida nos sinais elétricos (tensão e corrente), caraterizado por uma descontinuidade na
forma de onda sinusoidal com uma duração inferior a 1 milissegundo. Este tipo de
perturbação geralmente é devido a descargas atmosféricas, a manobras de rede
(comutação de grandes cargas ou bancos e condensadores) ou à fusão de fusíveis [10].
A Figura 2.1 ilustra um exemplo da forma de onda de tensão de um transitório causado
por comutação de bancos de condensadores.
Uma vez que as sobretensões transitórias não são fenómenos periódicos, as
consequências nos equipamentos eletrónicos são diversos e por vezes difíceis de detetar
a causa.
Figura 2.1 - Exemplo do transitório oscilatório devido a comutação de banco de condensadores
no sistema elétrico.
2.2.2. Interrupção da Alimentação
A interrupção consiste numa redução do valor da tensão de alimentação para
valores inferiores a 0,1 p.u. (10% do valor nominal). Segundo a norma NP EN 50160,
as interrupções podem ser classificadas como:
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 11 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Interrupção prevista, quando há realização de trabalhos programadas na
rede, quando existe um aviso prévio ao cliente;
Interrupção acidental, provocada por defeitos ou seja quando há um curto-
circuito, avaria ou mesmo na ocorrência de interferências externas por
exemplo quando acontece uma descarga atmosférica. As interrupções
acidentais podem ser classificadas de acordo com a sua duração:
Interrupção longa, quando há um defeito permanente com tempo superior
a 3 min,
Interrupção breve, quando provocada por um defeito transitório com
tempo inferior a 3 min.
No entanto uma interrupção da alimentação, mesmo sendo breve pode causar
grandes prejuízos financeiros, com consequências graves para o sistema elétrico. A
Figura 2.2 ilustra um exemplo de uma interrupção breve com duração de 2 ciclos da
rede.
Figura 2.2 - Interrupção breve da tensão de alimentação com duração de 2 ciclos da rede
adaptado [11].
2.2.3. Cavas de Tensão
De acordo com a norma NP EN 50160, uma cava consiste numa redução brusca
da tensão de alimentação, com valor situado entre 90% e 1% do valor nominal ou seja
da tensão declarada, com uma duração de meio ciclo da rede a 1 min. A norma ainda
estabelece que em condições normais de exploração, por ano, o número provável de
cavas de tensão pode ir de algumas dezenas a um milhão por ano. A maior parte das
cavas de tensão dura menos de 1 s e com uma amplitude de 60% [10].
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
12 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
As cavas de tensão normalmente surgem quando ocorrem curto-circuitos nas
instalações elétricas, ou provocadas pelo arranque de cargas com potência muito
elevada, ou também quando surgem anomalias nas instalações elétricas. Este tipo de
perturbação é um dos mais sujeitos a reclamações pelos clientes industriais e de
serviços, porque quase todos os equipamentos são sensíveis a este tipo de problema,
como por exemplo, os computadores, as maquinas elétricas síncronas ou assíncronas, as
lâmpadas, entre outros. A Figura 2.3 representa uma cava de tensão provocada por um
curto-circuito na rede elétrica.
Figura 2.3 - Exemplo de uma cava de tensão devida a um curto-circuito na rede adaptado [11].
2.2.4. Sobretensão Momentânea
As sobretensões momentâneas ou Swells, como são conhecidas na literatura
inglesa, consistem num aumento do valor eficaz da tensão nominal entre 110% e os
180% (1,1 a 1,8% p.u.), considerando-se a frequência do sistema, que pode durar de 0,5
ciclo da rede a 1 min. Este tipo de perturbação é uma das mais frequentes nas avarias
dos equipamentos eletrónicos. Geralmente umas das causas são devidas a manobras dos
disjuntores ou defeitos na rede elétrica, como por exemplo à saída de grandes cargas ou
ao desligar os bancos de condensadores [10]. A Figura 2.4 ilustra uma sobretensão
momentânea, que poderia ser causada por manobra de um disjuntor de linha.
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 13 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 2.4 - Exemplo de sobretensão momentânea devido a manobras dos disjuntores nas linhas
adaptado [11].
2.2.5. Micro-Corte
Os micro-cortes designados na literatura inglesa de Notches são perturbação na
forma de onda da tensão, causados pela operação normal de equipamentos de eletrónica
de potência, por exemplo os semicondutores. Ocorre quando a corrente é comutada de
uma fase para outra, dando origens a curto-circuitos momentâneo entre as duas fases,
provocando uma queda de tensão [7]. A Figura 2.5 apresenta o efeito das Notches na
tensão de alimentação de um conversor CA/CC.
Figura 2.5 - Exemplo de uma Notches na tensão de alimentação de um conversor CA/CC
adaptado [11].
Este tipo de perturbação poderia ser considerada como um problema de transitório
não oscilatório, contudo os Notches são periódicos a cada meio ciclo, por isso são
considerados como um problema de distorção da forma de onda da tensão.
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
14 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
2.2.6. Harmónicos
Os harmónicos correspondem a soma das ondas periódicas de tensão e corrente
com frequências múltiplas da frequência fundamental (50 Hz), caraterizados pelo
número de ordem e sequência (amplitude e fase). Os harmónicos distorcem a forma de
onda de tensão e corrente, causadas por cargas não lineares consumindo correntes não
sinusoidais (que por sua vez não é proporcional a tensão) e fazem com que a tensão se
transforme em não sinusoidal devido a queda de tensão nas impedâncias das linhas
(constituído pela indutância (L) e resistência (R)) do sistema elétrico. A Figura 2.6
ilustra o efeito da distorção harmónica na tensão devido a uma carga não linear.
Figura 2.6 - Exemplo de uma distorção harmónica na tensão de alimentação devida a uma carga
não linear adaptado [11].
A distorção harmónica de tensão ou corrente pode ser calcula com base no estudo
das ondas não sinusoidais pelo Teorema de Fourier. O Teorema diz que toda a função
periódica não sinusoidal pode ser decomposta em soma das expressões matemáticas
trigonométricas de senos e cossenos, com frequências múltiplas da frequência
fundamental. Em relação a frequência fundamental são considerados harmónicos até 50
ordem, a partir dessa ordem as frequências são desprezadas e o quinto harmónico é
considerado o mais crítico para as redes de distribuição, por causa das perdas que
provoca num sistema elétrico.
O conteúdo harmónico de sinal é designado por Distorção Harmónica Total
(THD) que relaciona os valores eficazes de todas as correntes ou tensões harmónicas
com o valor da corrente ou tensão total em percentagem. Através da equação (2.1),
pode-se calcular o THD total da tensão de alimentação, inclui harmónicas até ordem 40.
Nas condições normais de exploração em baixa tensão, os harmónicos de tensão,
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 15 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
durante o período de uma semana, não deve ultrapassar 8% em 95% dos valores
eficazes num período de 10 min [10].
40
2
2
h
hUTHD
(2.1)
As distorções harmónicas numa instalação podem causar problemas graves para a
própria instalação das redes de distribuição, bem como o processo produtivo [12][13]:
Aumento das perdas e aquecimento nos condutores, transformadores e
motores;
Aumento do ruído e interferência nos sistemas de comunicação;
Funcionamento incorreto dos sistemas de proteção, disjuntores e fusíveis;
Erros de leituras nos equipamentos de medida;
Aparecimento de ressonância nos bancos de condensador para correção do
fator de potência;
Degradação do rendimento de máquinas elétricas e redução da vida útil
dos equipamentos em geral, levando a custos de manutenção.
2.2.7. Flutuação de Tensão
Esta perturbação consiste na variação intermitente do valor eficaz de tensão ou
seja numa variação rápida de amplitude da tensão, com valores compreendidos entre
0,95 a 1,1 p.u.. Normalmente, esta perturbação não prejudica o funcionamento dos
equipamentos eletrónicos. No entanto, consoante a variação de amplitude e frequência,
pode provocar variações de iluminação, percetível ao olho humano, com frequência
entre 1 a 15 Hz, causando incómodo visual. Geralmente as flutuações de tensão são
causadas por aparelhos domésticos ou cargas indústrias. Nos aparelhos domésticos os
seus efeitos são locais e limitados a alimentação de baixa tensão. Já as cargas indústrias
são as principais fontes geradoras de flutuação de tensão, originando variações rápidas
de corrente. Exemplos destas cargas são os fornos, máquinas de soldadura e elevadores.
A norma NP EN 50160 estabelece que para qualquer período de uma semana, a
severidade de longa duração deve ser ≤ 1 durante 95% do tempo.
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
16 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
2.2.8. Ruído
O ruído é definido como sendo qualquer sinal elétrico indesejado, com
frequências inferiores a 200 kHz, que se sobrepõem aos sinais de tensão, que circulam
pelos condutores de fase ou neutro duma instalação elétrica.
É normalmente causado por comutação de semicondutores de potência presente
em fontes comutadas, sistemas de controlo, entre outras, afetando em primeira instância
o funcionamento dos equipamentos sensíveis. A Figura 2.7 ilustra um exemplo do ruído
que pode manifestar na tensão de alimentação sobreposta a uma frequência de 5 kHz.
Figura 2.7 - Exemplo de um ruído na tensão de alimentação sobreposta a uma frequência
adaptado [11].
2.2.9. Desequilíbrios das Tensões
O desequilíbrio das tensões é definido como sendo alterações que podem surgir
num sistema trifásico, no qual os valores eficazes das tensões das fases do sistema
elétrico, não são iguais. Também pode ser definido em função dos componentes
simétricos do sistema, com sequência positiva, negativa ou zero. Portanto a desfasagem
entre a tensão e corrente diferente de 120º provoca desequilíbrio de tensão no sistema
elétrico. O cálculo do desequilíbrio das tensões (em percentagem) pode ser obtido
através da equação (2.2):
100%
c
c
VmédiaTensão
VtensãodamáximoDesviorioDesequilíb
(2.2)
O desequilíbrio das tensões é muito comum nos circuitos trifásicos de sistemas de
distribuição, onde possuem cargas monofásicas distribuídas inadequadamente nas redes
de baixa tensão. Originando tensões de sequência negativas, por exemplo podem
queimar os fusíveis, em uma das fases de um banco de condensadores trifásicos.
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 17 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Também, uma simples abertura de um condutor e correção inadequada do fator de
potência podem causar desequilíbrio de tensão, num sistema elétrico [14]. A Figura 2.8
ilustra um desequilibro de tensão na forma de tensão das três fases da alimentação do
sistema elétrico, alterando a amplitude destas. Em condições normais de exploração a
norma NP EN 50160, estabelece que para cada período de uma semana 95% dos valores
eficazes médios de 10 min da componente inversa das tensões, não devem ultrapassar os
2% da correspondente componente direta.
Figura 2.8 - Desequilíbrio de tensão nas três fases da tensão de alimentação, com amplitudes
diferente.
2.2.10. Fator de Potência
A potência é o trabalho realizado por unidade de tempo, com valores positivos,
negativos ou nulos, dependendo do instante em que a carga associada é considerada. A
potência é positiva quando há transferência de energia da fonte para a carga, negativa
quando a transferência de energia é no sentido contrário ou seja da carga para a fonte. A
potência consumida por uma carga e que produz trabalho é classificada de potência
ativa (P) e encontra-se em fase com a tensão de alimentação. A potência que não é
consumida pela carga e não produz trabalho mas, que circula nos condutores de
alimentação é considerada de potência reativa (Q) e encontra-se desfasada 90º da
tensão. A soma vectorial das duas potências designa-se por potência aparente (S).
O fator de potência é a relação entre a potência ativa e a potência aparente, com o
ângulo desfasado entre a tensão e corrente consumida por uma onda sinusoidal. Os
valores do fator de potência devem situar-se o mais próximo de uma unidade e com o
componente reativo nulo. A equação (2.3) apresenta a relação entre as potências e o co-
seno do ângulo.
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
18 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
cosS
PFP
(2.3)
O valor mínimo do fator de potência é estabelecido por cada país de forma que o
sistema seja mais rentável possível, para que haja melhor aproveitamento. Os baixo
valores do fator de potência podem originar consequências graves para o sistema
elétrico, tais como:
Desperdício de energia;
Redução da vida útil dos equipamentos, provocados por sobrecarga;
Aumento das perdas nas linhas de distribuição que pode levar a atuação
dos dispositivos de proteção;
Aumento da seção dos condutores;
Quedas de tensão nas linhas de distribuição.
2.2.11. Variação da Frequência
As variações da frequência são definidas como sendo o desvio no valor da
frequência da tensão de alimentação. Em Cabo Verde, a frequência fundamental é de
50 Hz. A frequência no sistema elétrico está diretamente relacionada com velocidade de
rotação dos geradores conectados ao sistema elétrico. Isso faz com que a desconexão
dos grupos de geradores seja uma das causas, mais frequentes da variação de
frequência. O limite máximo que deve ser tolerado na variação de frequência do sistema
elétrico é ± 5 Hz em locais isoladas [15].
2.3 Fontes de Energia Renovável
Atualmente uma das grandes preocupações no Mundo é a questão energética. O
aproveitamento das energias renováveis ainda não atingiu a maturidade, visto que a
maior parte da energia utilizada pelo homem é de origem não renovável.
As energias renováveis são produzidas através de recursos naturais repostos
naturalmente. Apesar de serem inesgotáveis, são limitadas em termos da quantidade de
energia que é possível extrair. As principais formas de produção de energia a partir de
fontes renováveis são:
Energia Hídrica;
Energia Eólica;
Energia Solar;
Energia Geotérmica;
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 19 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Biomassa.
Apesar das fontes de energias renováveis não serem poluidoras, isto é, não
liberem substâncias tóxicas para a atmosfera e de estarem disponíveis localmente,
podem apresentar algum inconveniente, pelo facto de algumas causarem problemas
ambientais, como o caso das hidroelétricas que podem interferir na fauna criando
barreiras para a migração dos peixes; das turbinas eólicas que podem ser perigosas para
alguns pássaros, e do facto das biomassas normalmente requerem grandes áreas de
florestação.
Nessa seção pretende-se abordar alguns aspetos relacionados com dois tipos
específicos de energias renováveis: a energia eólica e a energia solar (especificamente a
solar fotovoltaica). A abordagem fundamenta-se sobre os conceitos de cada uma delas,
bem como o aproveitamento para a produção de energia elétrica.
2.3.1. Aproveitamento da Energia Solar Fotovoltaica
A radiação solar que atinge a Terra por ano é cerca de 1,74x kWh, sendo
quase constante na superfície exterior da Terra. Do total da energia recebida apenas
19% é absorvida pela atmosfera e 35% é refletida pelas nuvens. A radiação solar pode
ser definida como sendo a energia sob a forma de luz e calor proveniente do Sol,
variando de acordo com as condições atmosféricas (como nuvens, poluição e
humidade), latitude e com a estação do ano [16].
Na energia solar fotovoltaica a radiação solar é convertida em diferença de
potencial elétrico recorrendo a materiais semicondutores (como por exemplo uma célula
de silício) do painel solar. Atualmente a utilização dos sistemas fotovoltaicos vêm
crescendo de dia para dia, e vem tornando-se numa das tecnologias mais auspiciosas
para geração de energia eléctrica. Isso faz com que surja a necessidade de novas
tecnologias fotovoltaicas baseadas em diferentes matérias para produção de energia
elétrica. Esses materiais podem ser agrupados em três tipos de gerações [17][18]. A
primeira geração é composta por células de silício cristalino (monocristalino,
policristalino e multicristalino), com custos muito altos de produção das matérias, mas
muito eficiente na conversão energética, com rendimento acima dos 20%, dominando o
mercado aproximadamente a 90% na produção comercial atual. A segunda geração
utiliza as tecnologias de filmes finos (ou películas finas), possuindo baixo custo de
produção em relação as tecnologias de primeira geração, mas sendo menos eficientes,
com um rendimento de aproximadamente 7%. Já a terceira geração ainda está em fase
de investigação, e utilizam matérias a partir de nano tecnologias. Possuem baixo custo
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
20 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
de produção, apresentando matérias muito maleáveis e leves. A Figura 2.9 ilustra os
diferentes tipos de células fotovoltaicos, correspondentes à primeira geração.
Figura 2.9 - Tipos de tecnologias fotovoltaicos: (a) monocristalino, (b) policristalino e (c)
multicristalino.
Dependendo da tecnologia as centrais de energia solar fotovoltaica só podem
gerar eletricidade em dias claros, sendo ainda que durante a noite não gera eletricidade.
Os sistemas solares fotovoltaicos isolados da rede elétrica possuem um sistema de
armazenamento de energia (baterias), para que nos dias com menos radiação solar ou à
noite possam fornecer energia.
A energia solar fotovoltaica possui a vantagem de, para além de não poluir na sua
utilização, ser ideal na sua utilização em locais isoladas ou de difícil acesso, e em países
em vias de desenvolvimento, como é o caso de Cabo Verde, que ainda não possui uma
cobertura energética sobre todo o território. Há localidades distantes situadas no interior
do país em que os habitantes ainda não têm eletricidade para satisfazer as necessidades
mais básicas, devido à fraca extensão das redes e também ao custo elevado para o seu
desenvolvimento. Contudo umas das inconveniências dessa fonte de energia é preço
elevado em comparação com as outras fontes de energia, e também o fato de que a
energia produzida varia muito com as condições atmosféricas.
2.3.2. Energia Eólica
Antigamente, no século X, na Pérsia já se utilizava o vento como fonte de energia
para bombear água, para o transporte em barcos à vela, e na moagem de grãos. Mais
tarde, o vento foi aproveitado para a produção de energia elétrica. A energia eólica
tornou-se numa das fontes de energia com maior taxa de crescimento, principalmente na
Europa e nos EUA. Na década de 80, do século XX, foram instalados os primeiros
geradores eólicos comercias, na Dinamarca e na Califórnia, EUA, com potências entre
os 50 kW a 100 kW. Nos finais de 2008, à potência instalada no mundo era estimada em
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 21 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
120 GW, mas há uma previsão de que em 2012 a potência instalada terá atingido
240 GW [16].
A energia eólica é a energia cinética que depende da velocidade do vento, gerada
pelas diferenças de temperaturas duma determinada região. O vento atravessa as pás do
rotor, gerando energia cinética, que é convertida em energia mecânica, onde através de
um gerador (síncrono ou assíncrono) acoplado à turbina, a energia é convertida em
energia elétrica. Normalmente os dados do vento são fornecidas por uma estação
metrológica ou através dos atlas dos ventos desse lugar. A potência extraída do vento
numa determina direção pode ser expressa pela seguinte equação:
(2.4)
Como a energia cinética de um corpo é proporcional ao quadrado da velocidade
da massa:
(2.5)
Substituindo a equação (2.5) em (2.4),
(2.6)
Mas sabe-se que,
(2.7)
Substituindo a equação (2.7) em (2.6), obtêm-se o seguinte resultado final,
(2.8)
Legenda:
- Potência extraída do vento;
- Energia cinética;
- Densidade do ar;
- Área da seção transversal das pás da turbina;
- Velocidade do vento;
- Tempo.
A equação (2.8) mostra que a potência é proporcional ao cubo da velocidade do
vento e à densidade do ar. Mas a energia, não é totalmente extraída pelo aerogerador,
pelo facto de haver escoamento de ar pela turbina. Segundo a Lei de Betz, uma turbina
eólica só pode extrair no máximo 59,3% da energia cinética do vento. O que quer dizer
que 40,7% da energia não é aproveitada, devido as caraterísticas aerodinâmicas da
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
22 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
turbina [17]. O rendimento que é extraído do rotor de uma turbina eólica depende da
velocidade do vento e é dado por:
(2.9)
Em que é a potencia mecânica do veio da turbina.
Existem diversas configurações de turbinas eólicas, os quais variam desde a altura
da torre, número de pás, diâmetro e tipo de rotor (vertical ou horizontal). As turbinas
mais recentes são as de eixo horizontal de três pás acopladas a geradores síncronos,
ilustradas na Figura 2.10. Essas turbinas possuem perfis aerodinâmicos eficientes,
acionando geradores elétricos que funcionam a velocidades variáveis, de modo a
garantir melhor eficiência da conversão para grande faixa de variação do vento.
Normalmente são colocadas em zonas desabitadas, normalmente nos topos dos
montes onde o vento é mais forte, e são ligadas por cabos subterrâneos a uma
subestação, onde é feita a ligação à rede elétrica.
Figura 2.10 - Turbina de eixo horizontal [19].
A energia eólica é uma das fontes de energia mais competitiva com outras fontes
convencionais como o carvão e o gás natural, sendo mais económica que todas as outras
fontes de energia renováveis como a energia solar, a energia hídrica, a energia
geotérmica. Uma das inconveniências dessa fonte renovável é a imprevisibilidade na
produção de energia, ou seja, a intensidade do vento não é uma certeza.
A Tabela 2.1 apresenta a classificação do vento a uma altura de 50 metros. Uma
turbina eólica com uma potência de 1,5 MW, num local com uma velocidade do vento
de 5,5 m/s pode gerar cerca de 1000 MWh de energia por ano. Essa mesma turbina
Capítulo 2 – Qualidade de Energia Eléctrica e Energias Renováveis Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis Capítulo 2 –
Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 23 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
agora com uma velocidade de 8,5 m/s pode gerar cerca de 4,500 MWh de energia por
ano [17].
Tabela 2.1 - Classificação do vento a uma altura de 50 m.
Classe Densidade (W/ ) Velocidade (m/s)
1 200 5,6
2 300 6,4
3 400 7,1
4 500 7,6
5 600 8,1
6 800 8,9
7 2000 12,1
Esses valores mostram que as turbinas ao serem instaladas numa determinada
região para produção da energia elétrica, tem de levar em conta as caraterísticas e a
direção favoráveis do vento nesse local, de modo a identificar os lugares bastante
ventosos, visto que a velocidade do vento depende muito da altura em que se encontram
as turbinas [16]. A velocidade do vento usada numa turbina eólica para produção de
energia situa-se entre 5 m/s e 15 m/s.
2.4 Conclusão
Neste capítulo foi feito um estudo sobre as perturbações da qualidade de energia
elétrica que podem surgir numa instalação elétrica, deformando a tensão de alimentação
de alguns equipamentos elétricos. Muitas dessas perturbações quando não se enquadram
dentro dos limites aceitáveis, para além de afetarem o funcionamento dos equipamentos
elétricos, podem levar à interrupção do processo de fabrico. As mais comuns dessas
perturbações são as sobretensões, as subtensões, os harmónicos, os transitórios e os
desequilíbrios de tensão.
Foi também feito um estudo do aproveitamento das energias renováveis com
enfâse na energia eólica e na energia solar fotovoltaica. A solar fotovoltaica têm tido
sucesso nas suas utilizações, principalmente em sistemas autómatos. Comparando com
as centrais térmicas ou as hidroelétricas, o rendimento dos sistemas fotovoltaicos é
muito baixo e o custo por kWh é muito elevado, apesar de terem baixo custo de
manutenção, visto que não consomem combustível, mas também só conseguem atingir a
sua potência máxima em dias muito claros e com os painéis corretamente orientados
para o Sol. A energia eólica, para além de contribuir para diminuição dos gases pelo
efeito de estufa, também diferencia das outras convencionais pelos dois aspetos
Capítulo 2- Qualidade de Energia Elétrica e Energias Renováveis
24 Qualidade de Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
importantes: pela sua caraterística aleatória da fonte de energia, o vento e pela sua
tecnologia usada na sua produção.
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 25 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
CAPÍTULO 3
Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
3.1 Introdução
O presente capítulo descreve o setor eléctrico de Cabo Verde, destacando-se os
projetos de restruturação e os investimentos feitos para a geração de energia através de
fontes renováveis, distinguindo-se duas fontes prioritárias: a energia eólica e a energia
solar fotovoltaica, às quais, em algumas Ilhas já se encontram em funcionamento. Será
também apresentada a análise dos dados aos inquéritos feitos a habitações e a empresas
indústrias, e será ainda feita a análise das medições de parâmetros da qualidade de
energia nas Ilhas de São Vicente e Santiago. Por último será apresentada a legislação do
setor elétrico de Cabo Verde.
3.2 Setor Elétrico de Cabo Verde
Na década de 80 foi criada a ELECTRA - Empresa da Eletricidade e Água. Opera
nos sistemas de produção, transporte e distribuição de energia, sendo também
responsável pela dessalinização da água do mar. A empresa tem tido grandes
dificuldades em acompanhar o ritmo elevado do crescimento da demanda de
eletricidade, devido aos elevados custos de produção de energia elétrica em Cabo
Verde. Segundo o relatório de contas de 2010, as ações previstas para 2011 consistiam
em investimentos de grande volume, tendo como impacto a satisfação da demanda, da
qualidade de serviço e a redução dos custos de produção, distribuição e comercialização
de eletricidade [3].
Com os investimentos a ELECTRA pretende reforçar e aumentar a produção da
energia elétrica com dois grupos de geradores de 11 MW cada, a Fuel, e aumentar a
capacidade de armazenamento com a construção e montagem de um reservatório de
combustíveis tratados (Fuel-Oil) de 400 na central do Palmarejo, na Ilha de
Santiago. Prevê aumentar a produção de energia na Ilha do Fogo, em São Filipe para
1250 kVA (1000 kW), e em Mosteiros para 750 kVA (600 kW), assim como instalar
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
26 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
quatro parques eólicos em cinco Ilhas, com parceria público-privada. Pretende ainda
reforçar as manutenções preventivas e corretivas dos grupos de geradores. Em termos
de distribuição de energia pretende aumentar as redes de distribuição em MT/BT nas
Ilhas de São Vicente, Sal, Santo Antão, São Nicolau e Santiago.
As redes de distribuição em Cabo Verde englobam dois níveis de tensão: média
tensão (MT) e baixa tensão (BT). Em média tensão predominam as tensões entre 6 kV e
20 kV, mas atualmente as linhas já foram uniformizadas para 20 kV. Em baixa tensão as
tensões declaradas são de 220 V entre fase e neutro (tensão simples) e de 380 V entre
fases (tensão composta). Até ao momento presente, em Cabo Verde, não foi
implementado o transporte de energia em alta tensão (AT) devido à sua situação
geográfica, mas em 2010 deu-se início à construção de uma central única em Santiago,
na cidade da Praia. Esta central passará a transportar energia em alta tensão (60 kV).
Este projeto tem como objetivo interligar as redes isoladas, permitindo a redução das
perdas não técnicas no trânsito de energia, aumentar a robustez do sistema elétrico e
reduzir o número de centrais de produção. A Tabela 3.1 apresenta a produção de energia
pelo tipo de gerador, onde se nota que a partir de 2009 não houve produção de energia
através de geradores a vapor [3].
Tabela 3.1 - Produção de energia elétrica em Cabo Verde por tipo de gerador (kWh) entre
os anos de 2006 e 2010.
Gerador 2006 2007 2008 2009 2010
Diesel 241.709 260.465 279.645 290.273 314.315
Solar 0 0 0 0 2.105
Eólico 7.441 6.869 5.510 4.661 1.992
Vapor 1.772 1.185 640 0 0
Total 250.921 268.518 285.795 294.934 318.413
Até ao final da década 90, havia algumas freguesias em que a distribuição de
energia era gerida pelos municípios. Essas redes de distribuição eram extensas e velhas,
e por vezes eram mal dimensionadas afetando negativamente a eficiência do sistema
elétrico. As perdas técnicas eram muito elevadas nas centrais e nas redes de
distribuição. Nos municípios esses valores rondavam os 33%, valor superior aos geridos
pela ELECTRA.
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 27 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
3.2.1. Qualidade de Serviço
Devido à procura de energia elétrica em Cabo Verde, a empresa fornecedora nem
sempre consegue satisfazer a população no seu todo, e uma vez que a produção de
energia é igual ao consumo, isto faz com que várias vezes haja problemas nos grupos de
geradores, por não poderem suportar essa exigência, levando à interrupção do
fornecimento de energia elétrica. Essas interrupções de energia elétrica podem ser
programadas ou não programadas. Normalmente as interrupções programadas são feitas
nas horas mais criticas, ou seja, nas horas de ponta onde o consumo é máximo, das seis
às dez horas de manhã, e das dezoito às vinte e duas horas à noite. Essas interrupções
são iguais para todas as zonas, mas quando há paragem do grupo de geradores devido a
sobrecargas, optam pelas zonas onde existe mais perdas não técnicas de energias
As interrupções não programadas são devido a avarias provocadas por terceiros,
em que na maioria das vezes ocorrem por causa de cabos subterrâneos destruídos, em
que nem sempre se consegue identificar o local onde ocorreu o problema com rapidez, o
que faz com que às vezes demorem horas ou até dias para se solucionar o problema. A
Tabela 3.2 mostra o número de interrupção de energia registados em 2010, onde se pode
observar a Ilha de Santiago como sendo a Ilha com mais apagões. Esses apagões estão
distribuídos pelas cidades da Praia, Tarrafal, Santa Catarina e Santa Cruz, mas apesar da
cidade da Praia ser a maior, houve somente 27 apagões com duração total de 1.384
minutos [3]. A Ilha de Boa Vista não registou nenhum apagão durante o ano de 2010.
De acordo com o relatório de contas esses apagões são devidos a defeitos nas redes de
distribuição de MT, e a falhas e avarias nos grupos de geradores.
Tabela 3.2 - Número e duração total das interrupções de energia ocorridas em 2010 em
Cabo Verde.
Ilhas Quantidade Duração Total
(minuto)
Santo Antão 55 4.434
São Vicente 9 165
São Nicolau 29 811
Sal 30 2.405
Boa Vista 0 0
Maio 77 1.658
Santiago 258 29.597
Fogo 29 1.265
Brava 31 3.303
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
28 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Normalmente as manutenções dos geradores são feitas por número de horas de
funcionamento do gerador, mas em Cabo Verde só se faz a manutenção corretiva, ou
seja, apenas quando acontece uma avaria. Tal acontece porque não se possui peças de
reserva, ferramentas necessárias e mão-de-obra suficiente, em termos de quantidade e
qualidade.
3.2.2. Energias Renováveis
Devido à sua localização geográfica e climática, Cabo Verde apresenta grande
potencial em energias renováveis, particularmente eólica e solar. Em Cabo Verde, o
sistema de produção de energia elétrica baseia-se essencialmente em geradores
síncronos, utilizando como combustível o gasóleo e muito recentemente o Fuel-Oil 180
e o 380. O setor energético é caraterizado pelo consumo de combustíveis fósseis,
apoiado por energias renováveis, como a energia eólica, energia solar e a biomassa,
nomeadamente a lenha. A biomassa é utilizada nas zonas rurais e arredores das cidades
na exploração, através de redes isoladas, e para confeção de alimentos. A energia eólica
é utilizada para produção de energia elétrica, e a solar para bombagem de água e
recentemente na produção de energia elétrica.
Estudos feitos revelaram que Cabo Verde tem um potencial de 3 GW de energias
renováveis, associada a Zonas de Desenvolvimento de Energias Renováveis (ZDER). A
Tabela 3.3 apresenta as potências associadas aos projetos prioritários, identificando as
tecnologias utilizadas em cada Ilha [20].
Tabela 3.3 - Potências associadas ao Zona de Desenvolvimento de Energias Renováveis
em Cabo Verde.
Projetos Santiago São Vicente Sal S. Antão Fogo Total
Eólicos 67,2 MW 20,4 MW 38,3 MW 34,9 MW 19,6 MW 180,4 MW
Solares 237,0 MW 7,5 MW 32,5 MW − 4,0 MW 281,0 MW
Bombagem 60,0 MW 10,0 MW − − − 70,0 MW
RSU 5,0 MW 2,5 MW − − − 7,5 MW
Geotermia − − − − 3,0 MW 3,0 MW
Ondas − 3,5 MW 3,5 MW 3,5 MW − 10,5 MW
Total 369,2 MW 43,9 MW 74,3 MW 38,4 MW 26,6 MW 552MW
A capacidade total desses projetos é seis vezes superior à atual potência instalada,
que é de 93 MW. Os projetos eólicos vão ser os mais utilizados nas Ilhas, apesar de os
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 29 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
projetos solares possuírem uma potência superior. A geotermia vai ser explorada
somente na Ilha do Fogo, por se tratar de uma ilha com maior potencial nessa fonte de
energia inesgotável. O Governo tem como objetivo maximizar a penetração das energias
renováveis, sem colocar em risco a sustentabilidade do sistema energético e a
competitividade da economia do país.
Para o desenvolvimento desses projetos foram estudados três tipos de cenários: o
cenário mercado, o cenário económico e o cenário 50% energias renováveis, com
previsão possíveis até 2020.
O cenário mercado tem como intuito o aumento das energias renováveis
contribuído, para a redução de pelo menos 5% dos custos totais, financiado pelo privado
e com uma taxa de retorno exigido próximo de 12%. Em termos técnicos o limite de
excesso das energias renováveis corresponde a 20% nas Ilhas de Santiago, Sal e São
Vicente e 10% nas outras Ilhas.
O cenário económico consiste em minimizar os custos de geração de energia
financiada por uma linha de crédito e concessão da exploração/operação e com taxa de
retorno próxima a 2%. Em termos técnicos o limite de excesso é igual ao do critério
mercado.
O cenário 50% energias renováveis tem por objetivo, até 2020, que o país consiga
uma penetração de 50% de energias renováveis, com um melhor equilíbrio entre os
custos e a diversificação das fontes renováveis. Em termos de financiamento e critérios
técnicos é idêntico aos do cenário económico.
Em termos de recursos, Cabo Verde possui condições bastante favoráveis ao
aproveitamento da energia eólica. Os ventos predominantes do Atlântico Norte atribuem
ao país recursos eólicos incomparáveis, com velocidade média do vento superior a
7 m/s, com valores da densidade de potência, alta variando entre 300 W/ a
370 W/ em todo o limite do arquipélago. Esses valores são sensivelmente superiores
a 200 W/ da Europa Continental. A Figura 3.1 apresenta as velocidades do vento em
quatro Ilhas de Cabo Verde, na qual a Ilha de São Vicente foi destacada com o melhor
regime do vento, com uma percentagem de 44%. As outras Ilhas foram menos
estudadas, apresentando um potencial razoável dessa fonte de energia renovável
somente em algumas localidades.
Em Cabo Verde a produção de energia elétrica vem sendo produzida
exclusivamente a partir de Centrais Diesel. Nos finais de 1994, tal situação modificou-
se drasticamente com a entrada em funcionamento dos parques eólicos nas Ilhas de São
Vicente, Sal e Santiago. Os parques resultam da 1ª fase de um projeto, denominado
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
30 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
STEP 1, realizado pela ELECTRA, com o apoio financeiro e técnico da Dinamarca.
Foram instalados oito aerogeradores Nordtank de 300 kW, três nas Ilhas de São Vicente
e Santiago (cidade da Praia) e dois na Ilha do Sal.
Figura 3.1 - Velocidade do vento nas ilhas de Cabo Verde [20].
Cada aerogerador dispõe de bancos de condensadores de 100 kVAr para
compensação individual de energia reativa, sendo a compensação total para o grupo em
vazio. Esses parques contribuíram com cerca de 15% de energia consumida no país
[21]. Após dois anos os aerogeradores atingiram um máximo de 8,999 MWh, dez anos
depois esses aerogeradores produziram apenas 6,400 MWh, o que corresponde a 3%
total da energia elétrica produzida pela ELECTRA. Dezasseis anos depois dois desses
parques foram desativados, exceto o da Ilha de São Vicente.
Uma segunda fase do projeto, dominado STEP 2 da Cabo-Eólica no ano
2010/2011 consiste em instalar quatro parques eólicos com capacidade de 28 MW, nas
Ilhas de São Vicente, Sal, Santiago e Boa Vista. O Governo pretende com este projeto
uma taxa de penetração de 25% de energia renovável na rede elétrica, reduzindo assim
no país a dependência do petróleo. Em Novembro de 2010, iniciaram as obras na Ilha de
Santiago (cidade da Praia) com onze aerogeradores, cada um com capacidade de
10 MW. Após a implementação desses parques eólicos o Governo pretende expandir os
parques em todas as Ilhas de Cabo Verde [20]. A Figura 3.2 apresenta o Atlas do
potencial eólico em algumas Ilhas, onde é possível observar as localidades identificadas,
com as respetivas potências. Estudos feitos nessas Ilhas revelaram um potencial de
256 MW no aproveitamento da energia eólica.
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 31 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 3.2 - Atlas do potencial eólico em Cabo Verde [20].
Neste momento, Cabo Verde possui duas das maiores centrais de produção de
energia fotovoltaica na África Ocidental. Os parques das centrais fotovoltaicas irão
contribuir com 4% do consumo total de energia por ano, evitando a emissão de 13 mil
toneladas de dióxido de carbono para a atmosfera por ano. O primeiro parque foi
instalado na Ilha do Sal, com 9,75 hectares e potência instalada de 2,5 MW, e por ano
tem a capacidade de produzir 3960 MWh de energia. O segundo parque foi instalado na
Ilha de Santiago na localidade do Palmarejo, com cerca de 13 hectares e potência
instalada de 5 MW, tem uma capacidade de produzir cerca de 8120 MWh por ano [20].
A Figura 3.3 apresenta o potencial solar em diferentes localidades das Ilhas, apesar da
homogeneidade da radiação solar, evitaram-se as zonas com muita nebulosidade.
Estudos feitos nessas Ilhas revelaram um potencial de 349 MW de energia solar.
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
32 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 3.3 - Atlas do potencial solar em Cabo Verde [20].
A aplicação da tecnologia fotovoltaica destina-se à iluminação pública, geração de
energia, eletrificação rural, bombagem de água, telecomunicação, etc. O solar térmico é
usado para aquecer água nos sectores residências e do turismo.
3.3 Análise e Tratamento de Dados dos Inquéritos
No âmbito deste trabalho foram elaborados dois tipos de questionários, um para
os consumidores residências e outro para as indústrias (empresas). As respostas do
questionário, foram, na sua maioria, elaboradas do tipo fechado, ou seja escolha
múltipla, de modo a facilitar ao inquirido selecionar a opção mais adequada à sua
opinião, de forma rápida e simples. Os questionários foram todos respondidos
individualmente. Aos consumidores industriais, os questionários foram acompanhados
de uma carta, no qual se explicavam os objetivos da investigação. Cada questionário foi
elaborado em duas seções: a primeira seção (Parte I) refere-se à caraterização, da
residência ou da empresa, consoante o caso, e a segunda seção (Parte II) refere-se à
satisfação em relação ao serviço prestado e à qualidade de serviço. Os dados foram
analisados através do programa Microsoft Office Excel. Essa análise, assim como os
principais resultados obtidos, será apresentada nesta seção.
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 33 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
3.3.1. Inquéritos às Residências
A. Caraterização da amostra e da estrutura do inquérito
De acordo com o Censo 2010, a eletrificação em Cabo Verde tem aumentado nos
últimos anos. Cerca de 87% da população tem acesso à eletricidade e espera-se que até
2015 se tenha atingido os 99%.
Às residências foram feitos 130 inquéritos, dos quais apenas 86 foram
considerados válidos para o tratamento estatístico. Da população total de Cabo Verde
escolheu-se as três principais cidades: Mindelo (São Vicente), Praia e Assomada
(Santiago), apresentando respetivamente em termos de habitantes 74 mil, 150 mil e
60 mil. Conforme se pode constatar pelo gráfico da Figura 3.4, dos 86 inquéritos
aplicados, 30% foram em São Vicentes (26 inquéritos) e 70% em Santiago (60
inquéritos).
Figura 3.4 -Resposta a Inquérito: amostra e taxa de resposta
Em termos de estrutura o inquérito está dividido em grupos de dois, englobando
aspetos de caraterização da residência e qualidade de serviço. Os inquéritos foram
distribuídos em várias zonas com níveis de vida diferentes. Nessa primeira parte do
inquérito tentou obter-se a caraterização da residência, englobando aspetos como: tipo
de instalação; tipo de proteção; tipos de eletrodomésticos; tipos e anomalias das
lâmpadas; cuidados em poupança de energia e existência de fonte de energia renovável.
B. Análise dos resultados
A seguir será apresentada a análise dos dados em gráficos, mas realça-se que
foram apresentados somente os gráficos que se considera mais importantes, sendo para
os outros dados apresentados somente os resultados.
A Figura 3.5 apresenta os gráficos referentes ao tipo de instalação e proteção da
residência.
30%
70%
São Vicente
Santiago
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
34 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 3.5 -Resposta a Inquérito: (a) instalação e (b) o tipo de protecção da residência.
De acordo com os dados do inquérito, conclui-se que cerca de 91% das
instalações são monofásicas e que essas instalações não têm grandes consumos,
podendo observar-se em Cabo Verde há pouca existência de residências em que a
instalação é trifásica. Há alguns anos a maior parte das residências tinham como
proteção os fusíveis, mas com o decorrer dos anos foram substituídas pelos disjuntores.
Todas as residências em que foram feitas o inquérito possuem proteção, destacando-se
os disjuntores diferenciais, com uma percentagem de 62%, e os fusíveis com 8%, mas
frisando que as residências que ainda possuem como proteção os fusíveis são as mais
antigas, e algumas foram encontradas no centro da cidade. Todas as residências
possuem os eletrodomésticos básicos, como a televisão e o frigorífico, com uma
percentagem de 22%, computador com 17%, micro-ondas com 16%, máquina de lavar
roupas com 15%. Os menos utilizados são os cilindros, ar condicionado e fogão elétrico
com percentagens entre 3% e 2%.
Em 2009, o Governo lançou uma campanha para incentivar a população a usar
energia de forma eficiente e racional, distribuindo gratuitamente lâmpadas de baixo
consumo, mediante a apresentação das lâmpadas incandescentes para troca. Quanto à
pergunta “que tipo de lâmpadas é usada na residência”, as fluorescentes compactas
correspondem a uma percentagem de 36%, apesar de muitas dessas residências ainda
usarem lâmpadas incandescentes (normalmente em sítios com menos uso), e as
lâmpadas a leds são as menos usadas, com uma percentagem de 3%. Em termos de
anomalias no funcionamento das lâmpadas, cerca de 35% dos inqueridos já notaram
tremulação no brilho, e 25% nunca notaram anomalias nas lâmpadas. As tremulações
são mais suscetíveis nas residências onde ainda se usam as lâmpadas incandescentes. A
Figura 3.6 ilustra os diferentes tipos de lâmpadas e os tipos de anomalias mais
frequentes.
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 35 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 3.6 - Resposta a inquéritos: (a) tipos de lâmpadas e (b) anomalias de funcionamento das
lâmpadas.
Referente à pergunta “se tem cuidado em poupar energia”, cerca de 81%
responderam que sim, tanto nas ilhas de São Vicente como de Santiago, usando energia
de forma eficiente e racional, desligando os equipamentos e apagando as luzes quando
não estão em uso.
Dos inquéritos feitos nas ilhas de São Vicente e Santiago, apenas 3% possuem
fontes de energias renováveis. O tipo de energia renovável utilizado é a energia solar
térmica para aquecer as águas sanitárias. Essas residências situam-se nas zonas onde há
um nível de vida médio.
Na segunda seção ou seja, a segunda parte do inquérito, em que é referida a
satisfação do consumidor em relação ao serviço prestado, tentou-se aferir, por exemplo:
equipamentos elétricos avariados, durante o retorno da energia elétrica; aviso prévio
antes duma interrupção de energia; interrupção de energia numa semana; período entre
duas interrupções sucessivas; razão para as causas das interrupções; e o que o
fornecedor deve fazer para melhorar o serviço. A análise de alguns desses dados será
apresentada nos gráficos que se seguem.
Em relação a haver um aviso prévio antes de uma interrupção de energia, dos
dados analisados conclui-se que metade dos inqueridos responderam que raramente
existe um aviso prévio antes de uma interrupção de energia, e 2% responderam que
sempre são avisados acerca interrupções de energia (Figura 3.7 (a)). Sabe-se que em
Cabo Verde o número das interrupções de energia depende muito da época do ano, e
também da constante subida dos preços dos combustíveis. Quando foi perguntado
“quantas vezes há interrupção de energia numa semana”, 47% responderam entre 1 a 3
vezes, mas a maior parte dessas respostas foi obtida na Ilha de Santiago, onde o número
de interrupções de energia elétrica é mais elevado. Os 7% que responderam nenhuma,
corresponde somente à Ilha de São Vicente (Figura 3.7 (b)). Referentes ao período entre
duas interrupções de energia sucessiva, 46% respondera que em menos de 24 horas e
12% que entre 48 a 72 horas costuma haver duas interrupções sucessivas de energia.
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
36 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 3.7 - Resposta a inquéritos: (a) existe aviso prévio antes de interrupção de energia e (b)
número de interrupção de energia numa semana.
Em relação à causa das interrupções de energia, cerca de 38% responderam que as
causas são devido aos furtos de energia, ou seja a perdas não técnicas, e 9%
responderam que há demasiados equipamentos ligados à rede elétrica. Referente a esta
questão havia uma outra opção de resposta que foi elaborada de forma aberta, de modo
a obter outras opiniões. Na opção “outras” 79% referiram que as causas são devido a
avarias e manutenção nos grupos de geradores. A Figura 3.8 ilustra as causas das
interrupções de energia.
Figura 3.8 - Resposta a inquéritos: causas da interrupção de energia elétrica.
Referentemente à questão “o que o fornecedor deve fazer para melhorar a
prestação de serviço”, esta foi elaborada de forma aberta de modo a deixar os inqueridos
se expressarem livremente sem a opinião de terceiros, sendo ilustrada na Figura 3.9. Os
21% correspondentes à remodelação da rede elétrica apelam a que seja reestruturada a
rede de distribuição de energia, porque em algumas zonas ainda existem redes bastante
obsoletas. Os 16% referentes à fiscalização e controlo são por causa das ligações
fraudulentas, e exigem que a ELECTRA seja rigorosa em relação aos furtos de energia.
Essa percentagem corresponde à Ilha de Santiago, onde por exemplo para cada 2 kWh
de consumo referente ao setor doméstico, somente 1 kWh é pago. Os 15% relacionados
com a formação dos técnicos justifica-se pela existência ainda de profissionais que não
têm formação própria na área de distribuição ou produção de energia eléctrica. Os 9%
38%
29%
24%
9% Furtos de energia
Baixa potência
Instalação inadequadas
Demasiado equipamentos
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 37 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
apelam a que a empresa deve investir nas energias renováveis, como a energia eólica ou
solar fotovoltaica, de modo a conseguir satisfazer a demanda de energia elétrica.
Figura 3.9 - Resposta a inquérito: melhorias na prestação de serviço.
3.3.2. Inquérito às Empresas/Indústrias
A. Caraterização da amostra e da estrutura do inquérito
A semelhança da escolha efetuada para a amostra de residências, para as empresas
privilegiou-se as principais Ilhas São Vicente e Santiago, devido ao grau de
concentração de empresas nessas respetivas Ilhas. Foram enviadas cerca de 40 inquérito
as empresas escolhidas, dos quais 27 foram efetivamente respondidas, representando
uma taxa de resposta de 68%. Das empresas que responderam 13 foram em São Vicente
sendo 12 do ramo indústria e 1 do ramo comercial, 14 em Santiago sendo 8 do ramo
indústria e 6 do ramo comercial.
Em termos da estrutura do inquérito, o mesmo está dividido em dois grupos: um
englobando aspetos de caraterização das empresas e outro a qualidade de serviço.
A primeira parte do questionário refere-se a informações técnicas da
empresa/indústria, aferindo aspetos como: ramo de atividade; pessoas especializadas na
área de eletrónica/eletricidade e suas habilitações literárias; tipo de alimentação elétrica
que possui a empresa e se possuem gerador de emergência. Esses dados são analisados a
seguir.
B. Análise dos resultados
De acordo com os dados conclui-se que em termos de ramo de atividade, 81% dos
inquéritos foram feitos em indústrias, distribuídas em indústrias têxtil, de calçados, de
bebidas, entre outras. A Figura 3.10 apresenta o ramo de atividade das empresas.
6% 16%
21%
9% 15%
15%
18%
Manutenção/avarias
Fiscalização/controlo
Remodelação da rede
elétricaFontes renovaveis
Formação dos técnicos
Novos equipamentos
Sem opinião
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
38 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 3.10 - Resposta a inquéritos: ramo de atividade das empresas.
A maioria dessas empresas é de pequenas dimensões, com número de empregados
reduzido. Cerca de 74% possuem pessoas especializadas na área de
eletricidade/eletrónica e 67% possuem formação técnica nessa área. Apesar das
empresas possuírem pessoas formadas, estas subcontratam outras empresas para tratar
da parte das instalações elétricas, com uma percentagem de 56%. A Figura 3.11 ilustra o
tipo de alimentação das empresas, onde a maioria delas são alimentadas em média
tensão, com uma percentagem de 81%, e com potência que varia dos 60 kVA aos
4500 kVA.
Figura 3.11 - Resposta a inquérito: Tipo de alimentação da empresa.
Nesta segunda seção são abordados os conceitos de qualidade de serviços em
termos técnicos, abordando aspetos como: número de interrupções de energia por mês;
anomalias mais frequentes nos equipamentos elétricos; fatores que levam em conta na
compra dos equipamentos; se possuem equipamentos que medem as grandezas
elétricas; se fazem compensação da potência reativa e a tecnologia usada; se
preocupam-se com os harmónicos, e como classificam a energia. A análise de alguns
desses dados é apresentada nos gráficos a seguir.
Referente a questão “ ao número de ocorrência em média, de interrupção de
energia elétrica por mês, dos dados analisados conclui-se que em 50% dos casos
ocorrem entre 2 a 4 interrupções de energia por mês (Figura 3.12). Mas a maior parte
dessa percentagem corresponde à Ilha de Santiago, mais propiamente na cidade da
Praia, onde o número de interrupção de energia é maior que na Ilha de São Vicente.
19%
81%
Comercial
Industriais
81%
19%
Media tensão
Baixa tensão
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 39 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 3.12 - Resposta a inquérito: número de interrupções de energia elétrica por mês.
Referentes à pergunta se “os equipamentos funcionam mal ou deixam de
funcionar quando outros entram em funcionamento”, 70% responderão que não. As
anomalias mais frequentes nos equipamentos elétricos são os disparos dos disjuntores
com uma percentagem entre 35% e 15%, correspondente a falhas nos motores ou a
funcionamento incorreto destes, mas é de salientar que houve uma única empresa que
nunca teve anomalias nos equipamentos elétricos, e que fica perto da central de
produção energia elétrica. Essa empresa é uma reparação naval, que se situa na Ilha de
São Vicente, com nove pessoas especializadas na área de eletricidade/eletrónica e é
alimentada em média tensão com uma potência de 4500 kVA, possuindo ainda quatro
postos de transformação. Raramente ocorre uma interrupção de energia elétrica nessa
empresa, e quando isso acontece, ocorre não mais do que três vezes por ano. A Figura
3.13 apresenta os tipos de anomalias mais frequentes nos equipamentos elétricos.
Figura 3.13 - Resposta a inquérito: tipos de anomalias mais frequentes nos equipamentos
elétricos.
Os fatores que as empresas/indústrias tem em conta na compra dos equipamentos
são: eficiência, com uma percentagem de 26%; consumo de energia desses
35%
50%
15% Uma vez
Entre 2 a 4 vezes
Mais de 5 vezes
35%
6% 9% 13%
15%
9%
13%
Disparo dos disjuntores
Perda de dados
Aquecimento dos cabos
Anomalia na Iluminação
Falha nos motores
Aquecimento nos motores e
transformadoresInterferência na comunicação
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
40 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
equipamentos, com uma percentagem de 19%; e custos dos equipamentos com uma
percentagem de 18% (Figura 3.14).
Figura 3.14 - Resposta a inquérito: fatores considerados na compra dos equipamentos eléctricos
Mais de metade dos inquiridos respondeu que possuem equipamentos que medem
as grandezas elétricas, com uma percentagem de 58%. Esses equipamentos são o
multímetro, sendo a maioria analógicos. Referente à questão sobre compensação da
potência reativa, somente 30% respondeu que sim, mas essa percentagem corresponde a
empresas de grande dimensão, e essas empresas utilizam a tecnologia dos bancos de
condensadores para compensação da potência reativa. A Figura 3.15 ilustra os
resultados dos dados da compensação da potência reativa. Somente a empresa de
reparação naval, que forneceu o dado do fator de potência de 0,9, apresenta um valor
aceitável. Entre aquelas que responderam não fazer compensação da potência reativa há
algumas que já têm conhecimento da potência reativa, onde já estão em fase de
instalação de contadores para medir a potência reativa. Estas últimas reclamaram por
estarem a ser penalizadas pela ELECTRA.
Figura 3.15 - Resposta a inquérito: compensação da potência reativa.
Referente à questão “como se classifica a qualidade de energia fornecida”, 52%
responderam razoável, mas a maioria foi respondida na Ilha de São Vicente, e os 18%
referentes a bom também foram obtidos na Ilha de São Vicente, exceto uma empresa na
19%
12%
16% 9%
26%
18%
Consumo de energia
Interligação com outros
equipuipamentos
Marca
Inovação
Eficiência
Custos
30%
61%
9%
Sim
Não
Sem conhecimento
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 41 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Ilha de Santiago. Porém os 30% referentes a péssimo foram respondidos todos na Ilha
de Santiago. Os 0% corresponde a excelente, muito bom e sem opinião. A Figura 3.16
apresenta os dados analisados da classificação da energia fornecida.
Figura 3.16 - Resposta a inquérito: classificação de energia fornecida.
3.4 Análise das Medições
Esta seção descreve as análises das medições feitas a nível residencial e a
indústrias. O objetivo foi o de realizar algumas medições de modo a registar a evolução
da tensão ao longo do dia em alguns consumidores.
As medições foram feitas com o aparelho VLog da LEM, disponibilizado pelo
Grupo de Eletrónica de Potência e Energia (GEPE) da universidade do Minho. Este
aparelho destina-se a determinar os parâmetros da qualidade de energia elétrica de
acordo com a norma NP EN 50160, que estabelece que os níveis de tensão não devem
exceder os ±10% do valor nominal (220 V- em Cabo Verde para tensões Fase-Neutro).
O VLog divide-se em dois grupos, o VLog R e o VLog Q. O VLog R regista os máximos,
mínimos e valor médio RMS de tensão até meio ciclo, mias é uma versão mais antiga.
O VLog Q é uma versão actual do equipamento, faz o registo dos parâmetros da
qualidade de energia incluindo harmónicos até a 32ª ordem e transitórios (usado nesse
trabalho).
O princípio de funcionamento do aparelho é muito simples. É introduzido na
tomada da rede elétrica, com os parâmetros e intervalos de tempo definidos, onde serão
registadas as medições da rede. Depois é conectado a um computador pessoal que
contém o software PQLog. A seguir é feito o download das medições encontradas na
rede elétrica. O software PQLog possui duas configurações “PQLog Setup e a PQLog
View”. O PQLog Setup possui um relógio interno onde serão registados os períodos e
intervalos com valores dos resultados. O PQLog View apresenta os dados dos
0% 0%
18%
52%
30%
0%
Excelente
Muito Bom
Bom
Razoável
Péssimo
Sem opinião
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
42 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
parâmetros fundamentais da qualidade de energia elétrica, registados através de gráficos
com máximo e mínimos valores eficazes (RMS) da tensão, harmónicos, THD e os
transitórios.
O aparelho foi colocado numa residência e numa empresa na Ilha de Santiago. A
empresa escolhida, SITA-Sociedade Industrial de Tintas, SA, é uma empresa que
dedica-se a produção e comercialização de tintas, vernizes, diluentes e produtos afins.
Situada na zona industrial de Tira-Chapéu, cidade da Praia. A seguir serão apresentadas
os resultados das medições feitas na instalação da residência e da empresa.
3.4.1. Valor Eficaz da Tensão
Como já tinha sido referido na secção anterior, o valor eficaz de tensão em Cabo
Verde corresponde à 220 V. Foi estabelecido um tempo de 5 em 5 minutos para que o
aparelho registasse as medições que ocorriam na rede elétrica de baixa tensão. O gráfico
da Figura 3.17 apresenta o resultado do valor eficaz da residência na Ilha de Santiago
num período de 5 dias, em que se pode observar que o valor eficaz mínimo corresponde
a 173,6 V e o máximo a 224,5 V. O aparelho registou três eventos de interrupção de
energia, que ocorreram no mesmo dia. O primeiro teve uma duração de 7 h 2 m e 44 s, o
segundo com duração de 14 s e o terceiro com duração de 2 m e 6 s.
A Figura 3.18 apresenta os valores eficazes da indústria de tintas, registados num
período de 14 dias. O valor eficaz mínimo corresponde a 178,3 V e o máximo a
249,5 V. A VLog registou quatro eventos de interrupção breve de energia, duas com
duração de 20 s e as outras duas com duração de 5 s.
Figura 3.17 - Valor eficazes da tensão registados na residência.
12-2 12h12-2 0h11-2 12h11-2 0h
Ch
an
ne
l 1
(V
)
220
210
200
190
180 174,25
07:02:44 0m:14s2m:6s 02:44:33
12-2 12h12-2 0h11-2 12h11-2 0h
Ch
an
ne
l 2
(V
)
220
210
200
190
180174,125
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 43 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 3.18 - Valores eficazes da tensão registados na indústria de tintas.
3.4.2. Variação da Tensão e Transitórios
Os níveis de tensão são estabelecidos de acordo com a norma NP EN 50160, em
que os ±10% de variação da tensão nominal corresponde a 198 V e 242 V. O aparelho
foi configurado com esses valores de modo a registar as ocorrências das medições na
rede elétrica. Na Figura 3.19 pode-se observar que houve um registo de duas cavas de
tensão, com tensão entre 161 V a 194 V e com intervalo de tempo com duração entre 1 s
a 3 s ocorridos na residência. Mas não houve registo de nenhum evento de sobretensão
na instalação doméstica.
Figura 3.19 - Registo de uma cava de tensão na residência.
A Figura 3.20 ilustra as cavas de tensão e as sobretensões ocorridas na instalação
da indústria de tintas. Houve registo de dezanove cavas de tensão, sendo que quinze
6-25-24-23-22-21-231-130-129-1
Chan
ne
l 1 (
V)
235
230
225
220
215
210
205
200
195
190
191,375
0m:5s
6-25-24-23-22-21-231-130-129-1
Chan
nel
2 (
V)
235
230
225
220
215
210
205
200
195
190
191,25
0m:5s
t < 100 ms
100ms < t < 0.5s
0.5s < t < 1s
1s < t < 3s
3s < t < 20s
20s < t < 60s
Voltage range
[1000,460][345,276]
[207,195][161,92][92,2]
[2,0]
Num
ber
of events
2
1
0
00
00
00
00
0
00
00
00
00
0
00
00
00
00
0
00
00
0
2
00
0
00
00
00
00
0
00
00
00
00
0
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
44 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
delas com intervalos de tensão entre 195 V a 207 V e com duração inferior à 100 ms;
duas delas com intervalos de tensão entre 161 V a 194 V e com duração entre 100 ms a
0,5 s e as outras duas também com o intervalo de tensão entre 161 V a 194 V, mas com
duração inferior a 100 ms. Ocorreram cinco eventos de sobretensão na rede elétrica com
intervalos de tensão entre 253 V a 276 V, sendo que duas com duração entre 100 ms a
0,5 s, e três com duração inferior a 100 ms.
Figura 3.20 - Registo de cavas de tensão e de sobretensões na indústria de tintas.
A Figura 3.21 e a Figura 3.22 apresenta o registo da sobretensão transitória na
residência e da indústria, onde pode observar-se a descontinuidade na forma de onda de
tensão. O canal 1 refere-se a fase-neutro e o canal 2 refere-se a fase-terra. A folha de
cálculo do VLog mostra somente o número de eventos registados. Na residência
sucederam-se 155 eventos e na indústria 51 eventos. A frequência manteve-se dentro
dos limites variando valores entre ± 0,05 Hz de 50 Hz.
t < 100 ms
100ms < t < 0.5s
0.5s < t < 1s
1s < t < 3s
3s < t < 20s
20s < t < 60s
Voltage range
[1000,460][345,276]
[207,195][161,92]
[92,2] [2,0]
Num
ber
of events 18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
00
0
3
15
2
00
0
00
02
02
00
0
00
00
00
00
0
00
00
00
00
0
00
00
00
00
0
00
00
00
00
0
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 45 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 3.21 - Registo de transitório na residência.
Figura 3.22 - Registo de transitório na indústria de tintas.
Os harmónicos da tensão registados na residência e na indústria de tintas são
apresentados na Figura 3.23 e na Figura 3.24. A residência registou um THD da tensão
de 3,5%, sendo o quinto e o terceiro harmónicos com uma percentagem de cerca de
2,5% e o sétimo harmónico com 0,9%. Na indústria de tintas houve um registo do THD
da tensão de 1,6%, sendo o terceiro harmónico com uma percentagem de 0,2%, o quinto
com 1,38% e o sétimo harmónico com 0,64%.
Channel 1
Channel 2
10-02-2011 20:07:25 970
msec
3530252015105
Vol
ts
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
Channel 1
Channel 2
28-01-2011 15:08:27 0
msec
3530252015105
Volts
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
46 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 3.23 - Registo de harmónicos na residência.
Figura 3.24 - Registo de harmónicos na indústria de tintas.
3.5 Legislação de Cabo Verde
De acordo com a legislação Cabo-Verdiana, serão apresentadas algumas normas
do setor elétrico referentes ao transporte, produção e distribuição de energia elétrica,
energias renováveis e qualidade de serviço.
O Decreto-Lei nº 66/98 de 8 de Junho e o nº 72/98 transforma a ELECTRA, E.P
em sociedade anónima com a denominação ELECTRA, SARL e privatização do
mesmo. Anúncio BO nº 12/ 2005 de 1 Abril, o estado de cabo Verde e a ELECTRA,
SARL estabelece o contrato específico e geral com permissão de transporte e
Harmonic Order
THD 3 5 7
% o
f fu
ndam
enta
l
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Harmonic Order
THD 3 5 7
% o
f fu
ndam
enta
l
2,8
2,6
2,4
2,2
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 47 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
distribuição de energia elétrica e água e de recolha e tratamento das águas residuais para
reutilização.
O Decreto-Lei nº 54/99 de 30 Agosto com a redação dada em 14/2006 de 20
Fevereiro estabelece as bases do sistema elétrico referente à produção de energia
elétrica bem como à capacidade da rede pública tendo com objetivos principais no
artigo nº 9 “ Princípios do Sistema Elétrico e da Regulação “:
1. O Sistema Elétrico e a Prestação de Serviços Regulados têm como base os
seguintes princípios:
a) Desenvolvimento Económico e Bem-estar Social dos Indivíduos e Comunidades: o
fornecimento dos serviços regulados será efetuado como uma atividade de utilidade
pública.
b) Universalidade: de acordo com a lei, regulamentos, e os termos dos contratos de
concessão ou das licenças, todos os consumidores dentro da área de concessão ou
licenças serão servidos nos termos dos planos de expansão com tarifas adequadas à
qualidade do serviço prestado;
c) Igualdade e Solidariedade: o fornecimento dos serviços não será indevidamente
discriminatório entre consumidores. Contudo, o regime de tarifas terá em
consideração a necessidade de consumidores de baixo rendimento, eletrificação
rural e outros casos especiais;
d) Qualidade de Serviço, Eficiência e Fiabilidade: o fornecimento dos serviços
regulados obedecerá às normas de qualidade apropriadas, de eficiência e outras
regras em vigor;
e) Transparência: a prestação de serviço por entidades reguladas e o controlo de
serviço fornecidos pelos serviços públicos e pela Agencia de Regulação serão
efetuados mediante regras e procedimentos abertos e suportados em regulamentos e
diretivas acessíveis aos interessados;
f) Preços Razoáveis e Justos: a entidade prestadora dos serviços só prestara serviços de
acordo com termos adequados e condições prevista neste diploma e subsequentes,
para que o seu equilíbrio económico-financeiro seja salvaguardado no âmbito dos
contratos de concessão ou licença;
g) Proteção Ambiental: a preservação de recursos naturais e o uso de fontes renováveis
guiará coerentemente a gestão, desenvolvimento e expansão do sistema elétrico;
h) Concorrência: tanto quanto possível e economicamente viável, o sistema elétrico
devera promover a competição no fornecimento de energia elétrica e serviços
relacionados;
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
48 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
i) Equilíbrio de Interesses: o sistema elétrico devera assegurar um equilíbrio entre
interesses dos consumidores e fornecedores de serviços, de forma coerente com os
objetivos e condições socioeconómico do país.
2. A Regulação deverá nomeadamente promover:
j) O fornecimento seguro e fiável de energia elétrica compatível com as necessidades
do consumidor e desenvolvimento económico do país, conforme o programa
nacional de energia e demais políticas do Governo;
k) O fornecimento de energia elétrica a preços justos, razoáveis e não discriminatórias;
l) A eficiência na produção, transporte, distribuição e uso de energia elétrica se for
necessário através de incentivos apropriados e efetivos;
i. Ambiente cativante onde entidades bem geridas têm a oportunidade de
obter resultados financeiros positivos;
ii. O uso eficiente e favorável do ambiente e dos recursos naturais do país.
m) No artigo 94 detalha os critérios de Qualidade de Serviço estabelecido pela Agência
reguladora pormenorizando os critérios mínimos para a prestação de serviço
elétricos, realçando os mais importantes nomeadamente:
i) Número e duração de quebras de tensão toleradas sem penalização;
ii) Período dentro do qual o pedido de serviço é recebido de um consumidor
que se encontra dentro de uma área de concessão ou licença deve ser
satisfeito;
iii) Direitos e obrigações dos clientes;
iv) Promoção do uso eficiente de energia;
v) Disponibilidade de serviço;
vi) Segurança e fiabilidade do serviço.
O Decreto-Lei nº 30/2006 de 12 de Junho, alterado pelo Decreto-Lei nº 61/2010
de 20 de Dezembro, estabelece o acesso de licenciamento e exploração das atividades
de produção de energia elétrica, incluindo a produção independente e auto produção.
Nas instalações de produção de energia com potências inferiores a 7,5 kVA são
destinadas a auto produção, desde que não são ligadas à rede pública.
O Decreto-Lei nº 1/2011 de 3 Janeiro, determina as disposições relativas à
promoção ao incentivo e ao acesso, licenciamento e exploração inerentes ao exercício
da atividade de produção independente e de auto produção. Com base específico em
fontes de energias renováveis, com seguintes objetivos:
1. Ao nível do planeamento energético e territorial é criado o Plano Diretor de
Energias Renováveis estabelecendo objetivos de política energética em termos de
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 49 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
energias renováveis, as metas e a capacidade máxima em cada zona, por fonte de
energia;
2. Em termos fiscais é prevista a isenção aduaneira e sobre uma redução dos
impostos sobre o rendimento das empresas produtoras de energias renováveis. É ainda
estabelecido um regime especial para a micro produção, com direito a vender ao mesmo
preço de compra da energia. E um Fundo de Fomento à Eletrificação Rural
descentralizada;
3. Licenciamento ambiental revê o regime de Avaliação do Impacto Ambiental
(AIA), comparando-o ao modelo de alguns países europeus, mas apenas alguns projetos
renováveis com maior dimensão estão sujeitos a AIA. Optou-se também por isentar de
AIA os projetos renováveis em áreas sensíveis, criando um regime de Avaliação de
Incidências Ambientais, semelhante ao nível europeu para projetos de menor dimensão
em zonas de rede Natura;
4. Tendo em consideração as limitações existentes ao nível dos sistemas elétricos e
a possibilidade de existência de vários contra-interessados para o desenvolvimento dos
projetos renováveis. Cria-se um regime concursal simplificado para atribuição da
capacidade de receção prevista no Plano Diretor das Energias Renováveis, cujo
principal critério de seleção será o desconto à tarifa;
5. Ao nível do micro produção cria-se um regime de autorização simplificado
mediante registo prévio. Ao nível de produção rural descentralizada é criado um regime
de licenciamento simplificado por zonas/região e não por instalação.
O Decreto-Lei nº 7/2011 de 24 Janeiro regula o acesso aos Postos de
Transformação (PT), dos privados e a manutenção do mesmo, aplicadas as instalações
elétricas de serviços particulares, como forma de prevenir que possíveis distúrbios
nestes PT ponham em causa a qualidade da prestação do serviço público prestada pela
distribuidora. Visto que o sistema elétrico possui uma rede obsoleta, enfrentando
bastante dificuldade, como o furto dos cabos nos centros urbanos e rurais, distúrbios na
rede elétrica. Normalmente causadas por problemas nos postos de Transformação (PT),
isto porque ainda Cabo Verde não possui meios legais que regulam as atividades nas
instalações elétricas, bem como estado de operacionalidade dos equipamentos.
3.6 Conclusão
Neste capítulo foram apresentadas as características do setor elétrico em Cabo
Verde, bem como os projetos das fontes de energias renováveis que se pretende
Capítulo 3- Caraterização do Setor Elétrico de Cabo Verde
50 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
implementar até 2012. Além disso, foram ainda apresentados os dados das amostras de
inquéritos, algumas medições de parâmetros de QEE e a legislação do setor eléctrico em
vigor em Cabo Verde. De acordo com os dados dos inquéritos feitos às residências,
nota-se que a população está insatisfeita com o número excessivo de cortes de energia.
Constatou-se ainda que em Cabo Verde existe um número bastante reduzido de pessoas
que utilizam as fontes de energia renováveis para o consumo próprio. Referente às
empresas, nota-se que muita delas desconhece os distúrbios da qualidade de energia.
Referente a legislação constata-se que ainda, não existe uma norma específica que
define os parâmetros da QEE, realçando somente as quedas de tensão que podem
ocorrer na rede elétrica.
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 51 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
CAPÍTULO 4
Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio-
Cabo Verde
4.1 Introdução
Depois de ter sido feita a caraterização do setor elétrico de Cabo Verde, no
capítulo anterior, neste capítulo são apresentadas as simulações da rede elétrica de
média tensão da Ilha do Maio. A Ilha do Maio situa-se a 23 Km da Ilha de Santiago e
tem uma superfície de 265 . De acordo com os dados do INE a Ilha do Maio tem
cerca de 7 mil habitantes.
Nessa rede são analisados os parâmetros da qualidade de energia, com diferentes
tipos de cargas, assim como o comportamento da rede. O presente capítulo visa também
averiguar qual é a influência dessas cargas conectadas na rede de baixa tensão.
O PSIM versão 9.0 foi a ferramenta escolhida para realizar as simulações de
diferentes tipos de cargas para os problemas da qualidade de energia elétrica. É um
software de simulação de sistemas electrónicos desenvolvido pela empresa norte-
americana Powersim Inc. Este software é especificamente concebido como simulador
para análise e controlo de circuitos de eletrónica de potência. Apesar de haver outras
ferramentas de simulação semelhantes, como o Matlab/Simulink e o PSCAD, a escolha
do PSIM foi pelo fato de possuir um ambiente de trabalho bem mais simples e agradável
(Figura 4.1), com um processamento rápido das simulações, permitindo a visualização
através da interface gráfica das formas de onda de tensão e de corrente, e ainda
permitindo o estudo no domínio da frequência [23].
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
52 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 4.1 - Ambiente de interface do PSIM.
4.2 Descrição do Modelo do Sistema de Distribuição
Na Figura 4.2 é apresentado o circuito elétrico equivalente da rede de média
tensão da Ilha do Maio, (baseado no esquema unifilar apresentado no Anexo C). Na
figura podem ser observados os blocos que compõem este sistema equivalente
simplificado. Para simplificar o circuito elétrico foram criados três subcircuitos, com o
nome de “Braços” de modo a corresponder aos barramentos com os respetivos postos de
transformação. O esquema unifilar da Ilha do Maio possui três geradores, mas na
simulação foi considerado somente um gerador com potência nominal de 860 kVA,
constituído por três fontes de tensão sinusoidal trifásica, equilibradas, com 400 V,
50 Hz de frequência. No gerador considerou-se uma reatância síncrona de 0,1117 Ω,
mas a resistência foi desprezado por ser um valor muito baixo.
A subestação de Torril possui dois transformadores com potência nominal total de
1260 kVA, com a função de elevar a tensão dos 400 V para os 20 kV, mas frisando que
na Ilha do Maio somente um transformador que está em pelo funcionamento, e o outro
está em reserva e para a simulação também foi considerado somente um transformador
de 630 kVA.
O transformador da subestação e os respetivos postos de transformação foram
modelados considerando uma impedância de curto-circuito de 5%, onde foi possível
calcular as indutâncias de dispersão dos enrolamentos e as resistências dos respetivos
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 53 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
primários e secundários. Para a indutância de magnetização considerou-se uma
indutância ideal para todos os postos de transformação, incluindo o transformador da
subestação de Torril. As impedâncias equivalentes das linhas foram obtidas através dos
dados fornecidos pela ELECTRA (empresa responsável pela distribuição de energia
elétrica em Cabo Verde).
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
54 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 4.2 - Circuito equivalente da rede de média tensão da Ilha do Maio
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 55 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 4.3 e a Figura 4.4 apresentam as formas de onda das tensões e correntes
referentes ao primário e ao secundário do transformador da subestação do Torril, obtida
para operação com cargas puramente resistivas e equilibradas. No primário do
transformador a corrente foi de 900 A, e no secundário a corrente foi de 17,9 A, sendo
que ambas possuem THD da corrente e da tensão desprezável.
Figura 4.3 - Formas onda das tensões e correntes no primário do transformador da subestação de
Torril.
Figura 4.4 - Formas onda das tensões e correntes no secundário do transformador da subestação
de Torril.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
56 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
4.3 Resultados das Simulações
As simulações apresentadas nesta seção foram efetuadas com o objetivo de apurar
a resposta do sistema elétrico em regime permanente, ao alimentar diferentes tipos de
cargas. As cargas elétricas foram distribuídas em monofásicas e trifásicas equilibradas,
e a potência nominal que cada uma delas consome, estas foram de acordo com as
respetivas potências:
De cada posto de transformação ao alimentar uma determinada zona;
Em função da potência nominal do transformador da subestação de Torril.
Assim, foram considerados três tipos de cargas, nomeadamente: cargas RL,
retificadores monofásicos com filtro capacitivo, e cargas puramente resistivas.
Para cada carga são apresentadas as tensões, correntes, potências, fator de
potência e o THD da corrente e tensão (somente para cargas não lineares). Como são
vários postos de transformação, optou-se por apresentar os valores das cargas dos
respetivos postos de transformação em tabelas (somente para o caso em que cada posto
de transformação alimenta uma determinada zona). Assim, os resultados obtidos para os
diferentes tipos de cargas são apresentadas nas subseções seguintes. A Figura 4.5
apresenta o circuito de potência simulado no PSIM referente a um dos “Braços”, com os
respetivos postos de transformação e com as respetivas cargas elétricas.
Figura 4.5 - Circuito de potência simulado no PSIM, referente a um dos “Braços”.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 57 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
4.3.1. Sistema Elétrico Com Cargas Elétricas Resistiva-Indutiva (RL)
Este tipo de carga consome uma corrente sinusoidal (desde que a tensão seja
sinusoidal) atrasada da tensão e embora sejam as menos perturbadoras da QEE, têm
vindo, ao longo das últimas décadas, a perder peso face à quantidade de cargas não
lineares. Nas simulações efetuadas foi considerado um fator de potência de 0,80
indutivo, e quanto à potência aparente consumida pela carga, considerou-se 60% da
potência ( ) de cada posto de transformação que alimenta uma
determinada zona. A Figura 4.6 e a Figura 4.7 ilustram a forma de onda da tensão
aplicada à carga e a forma de onda da corrente absorvida pela carga do primeiro posto
de transformação e do último posto de transformação, referente ao primeiro “Braço”.
Como o sistema é equilibrado, é apresentada somente a tensão e a corrente numa das
linhas. Tratando-se de uma carga resistiva–indutiva, a forma de onda da corrente
absorvida é também sinusoidal, mas em atraso, neste caso, 36,8º em relação à tensão da
alimentação.
Figura 4.6 - Forma de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL no posto de
transformação de nome Shell, do primeiro “Braço”.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
58 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 4.7 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga RL no posto de
transformação de nome Fontona, do primeiro “Braço”.
A Tabela 4.1 apresenta os dados dos valores para a carga elétrica do tipo RL
obtidos por simulação, referentes à tensão da rede, corrente consumida pela carga,
potência ativa, potência reativa e fator de potência. O fator de potência obtido é próximo
de 0,80 indutivo, e a distorção harmónica de corrente e tensão é praticamente nula o que
se deve às caraterísticas lineares da carga.
Tabela 4.1 - Valores da carga elétrica linear tipo RL obtidos por simulação.
Nome dos PT (V) I (A) P (W) Q (VAr) FP (ind)
C.F.Professor 231,0 5 2659 3313 0,80
Shell 230,7 87,0 48319 60280 0,799
Cemitério 231,1 18,0 10031 12492 0,80
Estela Maris 230,8 9 4949 6157 0,80
Farol 230,3 114 63103 78677 0,80
Fontona 230,8 60,1 33474 41659 0,80
Barreiro 231,0 11,4 6346 7905 0,80
Fig. Horta 230,8 10,2 5680 7077 0,80
Fig. Seca 231,0 6 3311 4124 0,80
Bela Vista 230,8 18,0 9911 7442 0,80
Morro 230,7 10 5338 6648 0,80
Calheta 230,2 40 21566 26882 0,80
Zootécnico 230,0 54.3 30071 37500 0,80
Morrinho 230,0 11,3 6301 7854 0,80
Cascabulho 230,4 8 4317 5382 0,80
P. Vaz
Praia Gonçalo
230,5
0
21
0
11625
0
14491
0
0,80
0
Pilão Cão 233,6 10,3 5807 7240 0,80
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 59 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
4.3.2. Sistema Eléctrico Com Cargas Não Lineares Tipo Retificador Monofásico
Com Filtro Capacitivo
Ao contrário das cargas lineares, a corrente que as cargas não lineares consomem
não é sinusoidal, mesmo quando a tensão é sinusoidal. As cargas não lineares são
constituídas por elementos semicondutores passivos ou ativos, e por elementos R-L-C
passivos. Este dispositivo eletrónico representa a grande parte dos equipamentos
domésticos, comerciais e industriais, sendo muito comuns nas fontes de alimentação dos
equipamentos eletrónicos. Atualmente a maioria dos equipamentos electrónicos é
alimentada em corrente continua e este circuito faz a conversão da tensão CA (corrente
alternada) para CC (corrente contínua). Ao contrário do caso anterior, em que a carga
consumia 60% da potência aparente dos PTs, esta carga consome 40% da potência
( ) aparente de cada posto de transformação que alimenta uma determinada
zona.
A Figura 4.8 e a Figura 4.9 ilustram a forma de onda da tensão aplicada as cargas
elétricas e a forma de onda da corrente absorvida pelas cargas elétricas do primeiro
posto de transformação e do último posto transformação referente ao segundo “Braço”.
Pode-se observar-se que a corrente nessas cargas está longe de ser sinusoidal, ou seja,
há uma distorção harmónica elevada na corrente consumida pelas cargas.
Figura 4.8 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga não linear no posto de
transformação de nome Barreiro, referente ao segundo “Braço”.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
60 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 4.9 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga não linear no posto de
transformação de nome Barreiro, referente ao segundo “Braço”.
Na Tabela 4.2 se encontram os dados dos valores referentes as cargas eléctricas,
não lineares do tipo retificador monofásico com filtro capacitivo, obtidos por simulação
de cada postos de transformação, alimentando uma determinada zona. È possível
observar a taxa de distorção harmónica da corrente ( ) ao longo da linha.
Tabela 4.2 - Valores da carga não linear tipo retificador monofásico com filtro
capacitivo obtidos por simulação.
Nome dos PT (V) I (A) S (VA) (%)
C.F. Professor 231 6,5 2065 39,4
Shell 230 117 37383 39,2
Cemitério 231 24,2 7719 39,7
Estela Maris 231 12 3792 39,5
Farol 229 151,3 48374 39,7
Fontona 230 82 25731 39,3
Barreiro 230 15,4 4933 39,5
Fig. Horta 230 14 4914 39,4
Fig. Seca 231 8 2577 39,6
Bela Vista 230 24,3 7700 39,6
Morro 230 15,5 5210 39,2
Calheta 229 62 20562 39,1
Zootécnico 228 86 28516 38,5
Morrinho 229 15 4809 39,01
Cascabulho 229 12,4 4115 38,9
P. Vaz 229 33,4 11093 39,07
Praia Gonçalo 0 0 0 0
Pilão Cão 238 18,4 6087 40
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 61 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
4.3.3. Sistema Elétrico Com Cargas Lineares Tipo Resistivas Puras
As cargas resistivas puras são lineares, portanto as suas carateristicas já foram
descritas no item anterior. Nas simulações efetuadas foi considerado um fator de
potência unitário, e quanto a potência consumida pela carga considerou-se 100% da
potência aparente de cada posto de transformação que alimenta uma determinada zona.
Os resultados das simulações são apresentados a seguir.
A Figura 4.10 e a Figura 4.11 ilustram a forma de onda da tensão aplicada à carga
e a forma de onda da corrente absorvida pela carga do primeiro posto de transformação
e do último posto transformação, referente ao terceiro “Braço”. Tratando-se de uma
carga resistiva pura a forma de onda da corrente absorvida é também sinusoidal, e em
fase com a tensão de alimentação.
Figura 4.10 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida por uma carga resistiva pura no
posto de transformação de nome Bela Vista referente ao terceiro “Braço”.
Figura 4.11 - Formas de onda da tensão e de corrente absorvida pela carga resistiva no posto de
transformação de nome Pilão Cão, referente ao terceiro “Braço”.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
62 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
A Tabela 4.3 encontra os valores referentes à carga linear do tipo puramente
resistiva obtidas por simulação de cada posto de transformação. O fator de potência
obtido é próximo da unidade. Como já tinha referido na seção anterior, devido as
caraterísticas lineares da carga, o THD da tensão e corrente é nula.
Tabela 4.3 - Valores da carga elétrica linear tipo resistiva pura obtido por simulação.
Nome dos PT (V) I (A) P (W) FP
C.F. Professor 231 8 5542 0,99
Shell 230 151 104389 0,99
Cemitério 231 30,2 20909 0,99
Estela Maris 231 15 10307 0,99
Farol 229 19,1 13198 0,99
Fontona 230 100,4 69493 0,99
Barreiro 230 19,2 13262 0,99
Fig. Horta 230 17 11787 0,99
Fig. Seca 231 10 6890 0,99
Bela Vista 230 30,2 20909 0,99
Morro 230 14,4 9973 0,99
Calheta 229 65 44776 0,99
Zootécnico 228 90,1 62498 0,99
Morrinho 229 18,8 12962 0,99
Cascabulho 229 13 8957 0,99
P. Vaz 229 35 24093 0,99
Praia Gonçalo 0 0 0 0
Pilão Cão 238 17 11698 0,99
4.3.4. Sistema Elétrico com Cargas Lineares e não Lineares
Nesta subseção será analisada o sistema elétrico, com carga nominal composta por
cargas lineares e não lineares. Nas simulações efetuadas foi considerado um fator de
potência de 0,86 indutivo, e quanto à potência aparente consumida pela carga foi em
função da potência aparente nominal do transformador da subestação de Torril. Para
cargas RL 60% e para carga retificador monofásico com filtro capacitivo 40%. Nesta
subseção não foi apresentada a tabela, porque todos os postos de transformação
possuem os mesmos valores para as cargas elétricas. A seguir é apresentado as formas
de onda de tensões e correntes, do transformador da subestação de Torril de dois dos
três “Braços” e também é analisada o THD da tensão e da corrente.
A Figura 4.12 e a Figura 4.13 apresentam as formas de ondas das tensões e das
correntes referentes ao primário e ao secundário do transformador da subestação de
Torril, obtida para operação de uma carga RL e um retificador monofásico com filtro
capacitivo. O primário do transformador apresenta o THD da tensão de 6,5% e o THD
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 63 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
da corrente de 17,2% e o secundário do transformador apresenta elevado conteúdo
harmónico da tensão, resultando numa THD de 18,3% e o THD de corrente é 6,54%.
Figura 4.12 - Formas de onda das tensões e corrente referente ao primário da subestação com
uma carga RL e retificador monofásico com filtro capacitivo.
Figura 4.13 - Formas de onda das tensões e corrente referente ao secundário da subestação com
uma RL e retificador monofásico com filtro capacitivo.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
64 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
A Figura 4.14 e a Figura 4.15 apresenta as formas de onda das tensões e correntes
absorvidas pela carga RL e retificador monofásico com filtro capacitivo, do primeiro e
do último posto de transformação referente ao primeiro “Braço”. Ambos os postos de
transformação apresentam os mesmos conteúdos harmónicos da tensão, resultando
numa THD de 18,2%. Relativo ao conteúdo harmónico da corrente, o posto de
transformação de nome Shell apresenta o THD da corrente de 26,5% e o posto de
transformação de nome Fontona apresenta o THD da corrente de 26,8%.
Figura 4.14 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Shell, do primeiro
“Braço”.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 65 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Figura 4.15 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Fontona, do primeiro
“Braço”.
A Figura 4.16 e a Figura 4.17 apresenta as formas de onda das tensões e correntes
absorvidas pela carga RL e retificador monofásico com filtro capacitivo. O posto de
transformação de nome Bela Vista apresenta o THD da tensão de 18,3% e o THD da
corrente de 26,5%. Relativo ao posto de transformação de nome Pilão Cão apresenta o
THD da tensão de 18,7 e o THD da corrente de 29,1
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio - Cabo Verde
66 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
Figura 4.16 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Belavista, do último
“Braço”.
Figura 4.17 - Formas de onda da tensão e da corrente absorvida pela carga RL e o retificador
monofásico com filtro capacitivo no posto de transformação de nome Pilão Cão, do último
“Braço”.
Capítulo 4- Simulação da Rede de Média Tensão da Ilha do Maio – Cabo Verde
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 67 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
4.4 Conclusão
Neste capítulo foram apresentadas as simulações computacionais da rede elétrica
de média tensão da Ilha do Maio, com diferentes tipos de cargas, para o estudo da
qualidade de energia elétrica. Quanto às cargas elétricas, foram simuladas dois tipos de
cargas: as lineares e não lineares. As cargas lineares, em termos de qualidade de energia
são as menos perturbadoras da rede elétrica, e numa rede elétrica de baixa tensão podem
representar um frigorífico ou lâmpadas fluorescentes (sem balastro eletrónico) e
incandescentes. As cargas não lineares simuladas representam muitos dos equipamentos
alimentados na baixa tensão, como os televisores, leitor de CD/DVD ou computadores.
As simulações realizadas foram em função de cada posto de transformação ao
alimentar uma determinada zona (com potências diferentes nas cargas) e em função da
potência nominal do transformador da subestação de Torril (cargas com as mesmas
potências). Dos resultados conclui-se que ao aumentar as cargas para valores próximo
da potência nominal (630 kVA) da subestação de Torril a tensão no gerador fica
bastante distorcida, e ao longo da linha apresenta uma taxa de distorção harmónica quer
da tensão ou da corrente bastante elevada.
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 69 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
CAPÍTULO 5
Conclusões e Sugestões de Trabalho Futuro
5.1 Conclusões
O presente capítulo pretende de uma forma resumida destacar os pontos mais
relevantes deste trabalho. Qualquer trabalho de investigação tem por objetivo estudar e
tentar aproximar-se ao máximo possível de uma solução plausível que beneficie uma
determina causa e sendo assim, este não fugiu a esta regra. Contudo é importante realçar
que nem sempre o objetivo é alcançado, e que nem sempre o resultado final satisfaz a
causa em questão.
Inicialmente foi feito um estudo bibliográfico sobre os vários problemas de
qualidade de energia elétrica, causas e consequências que os próprios podem introduzir
no sistema elétrico, afetando os consumidores em geral. Este estudo foi feito com base
na norma Europeia NP EN 5016. Foi feito também um estudo sobre as energias
renováveis, nomeadamente a energia eólica e a solar fotovoltaico, apresentando as
tecnologias para o seu aproveitamento.
Em seguida foi feita a caraterização de setor elétrico de Cabo Verde. Começou
por se descrever o setor elétrico de Cabo Verde, apresentando os tipos de geradores para
produção de energia elétrica, deixando claro que o país é dependente da importação de
combustíveis fósseis para a produção de energia elétrica. Foi feita a caraterização do
potencial energético do país, especificando os projetos de energias renováveis,
nomeadamente a energia eólica e a energia solar fotovoltaica, em que o Governo de
Cabo Verde tem apostado. Há perspectivas de que até 2020, 50% das necessidades
energéticas do país venham a ser supridas com fontes de energias renováveis.
Seguidamente foram apresentadas as análises referentes aos inquéritos da qualidade de
energia elétrica realizados no âmbito do trabalho de mestrado, feitos nas Ilhas de
Santiago e de São Vicente, e bem como das medições de qualidade de energia elétrica
realizadas. Verificou-se que os consumidores em geral estão insatisfeitos com o número
excessivos de cortes de energia, e que existe um número bastante reduzido de pessoas
que utilizam as fontes de energia renováveis para o consumo próprio. Quanto às
Capítulo 5- Conclusões e Sugestões de Trabalho Futuro
70 Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde Samira dos Santos Andrade- Universidade do Minho
empresas, nota-se que muita delas desconhece os distúrbios da qualidade de energia
elétrica, que podem surgir numa instalação.
Com as simulações realizadas com a PSIM (versão 9.0), analisou-se o
comportamento do sistema elétrico da rede de média tensão da Ilha do Maio para
diferentes tipos de cargas elétricas. Os resultados obtidos para rede elétrica ao alimentar
diferentes tipos de cargas elétricas foram satisfatórios. Reafirmo a conclusão anterior de
que da análise feita desses resultados, a tensão no gerador fica bastante distorcida, e ao
longo da linha apresenta uma taxa de distorção harmónica quer da tensão ou da corrente
bastante elevada, com o aumento das cargas para valores próximo da subestação de
Torril.
Como análise global do trabalho realizado, pode-se concluir que alguns objetivos
foram atingidos, contudo alguns objetivos considerados importantes não o foram, sendo
estes apresentados como sugestões de trabalho futuro.
5.2 Trabalho Futuro
Como sugestão futuro, seria interessante:
Desenvolver modelos de cargas elétricas que provoquem problemas da
qualidade de energia elétrica na tensão do sistema elétrico, nomeadamente,
cavas de tensão, sobretensão e interrupção de energia, de modo a ver o
comportamento da rede elétrica.
Desenvolver modelos de simulação que permitem estudar o impacto das
energias renováveis, nomeadamente a eólica, simulando a rede elétrica de
média tensão, com alguns geradores eólicos. Como a ligação das eólicas à
rede pode causar alguns problemas de qualidade de energia elétrica,
devido a inconstância do vento, com este estudo poderia se verificar
algumas perturbações que podem surgir no sistema elétrico.
Desenvolver modelo dos geradores a Diesel, para permitir a variação da
frequência da rede eléctrica.
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 71 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Referências
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[4] J. P. Fonseca, “Integração das Fontes de Energias Renovável em Ilhas e
Regiões Remotas”, Edições Uni-CV, 2007.
[5] J. L. Afonso, J. S. Martins, “Qualidade de Energia Elétrica na Industria”,
Dpto Eletrónica Industrial da Universidade do Minho, 2003.
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[8] Baptista Morais, Antonio Moura, Paulo Amaral, Ricardo Costa,
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Eletrica, Dpto de Engenharia da Univ. de Tras-os Montes e Alto Douro,
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[9] J. L. Pinto de Sá, Qualidade de Energia e Filosofia de Protecções em
Redes de Distribuição, ELAB´96, Comunicação Nº 82.
[10] Norma NP EN 50160, “ Caraterisicas da tensão fornecida pelas redes de
distribuição pública de energia elétrica”, Novembro de 1999.
[11] N. Manuel, Dissertação de Mestrado “ Desenvolvimento de TSC e de
Cargas Elétricas para o Estudo de Problemas de Qualidade de Energia
Elétrica”, Universidade do Minho, Novembro de 2011.
[12] Joseph S. Jr, John S. Mcquilkin, “Harmonics- Causes, Effects,
Measurements, an Analysis: An Update, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol 26,
Nº 6, Novembro/Dezembro 1990.
[13] EDP, “Manual da Qualidade da Energia Eléctrica” Dezembro de 2005.
[14] E. Martinho, “Disturbios da Energia Eléctrica”, Editora Érica Ltda, 2009.
[15] A. Glosh, G. Ledwich,”Power Quality Enhancement Using Custom Power
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Referências
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[16] Bent Sorensen, “Renewable Energy Focus Handbook”, Academic Press,
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[17] Aldo V. da Rosa, “Fundaments of Renewable Energy Processes”, 2nd
Edition, 2009.
[18] Rui Castro, “ Uma Introdução às Energias Renováveis: Eólica,
Fotovoltaica e Mini-Hídrica”, Instituto Superior Técnico da Universidade
Técnica de Lisboa, 1ª Edição, 2011.
[19] Simposium Latino Americano dela Energia 2012, consultado em Outubro
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[20] Direção Geral de Energia em Cabo Verde, “Plano Energético 2010-2020”,
Novembro 2010.
[21] J. A. Lopes, J. L. da Silva, M. H. Vasconcelos, Relátorio Preliminar dos
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Cabo Verde, UNESCO- PORTO, Março de 1997.
[22] V. Nelson, “Wind Energy: Renawable Energy and the Evironment”,
Taylor and Francis Group, 2009.
[23] PowerSim, “Psim User´s Guide”, 2003.
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 73 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
ANEXOS
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 74 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Anexo A- Questionário para as Residências
Anexos
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 75 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 76 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Anexo B- Questionário para as Empresas
Anexos
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 77 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Qualidade da Energia Elétrica e Impacto das Energias Renováveis em Cabo Verde 78 Samira dos Santos Andrade - Universidade do Minho
Anexo C- Esquema Unifilar da Rede de Média Tensão da Ilha do
Maio- Cabo Verde
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