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TAREFA 5 Sistema Elétrico Convencional x Sistema Elétrico Inteligente, seus componentes e aplicações

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FACULDADE UNYLEYA
 
 HEWERTON BENTES CARDOSO 
SISTEMA ELÉTRICO CONVENCIONAL X SISTEMA ELÉTRICO INTELIGENTE: SEUS COMPONENTES E APLICAÇÕES 
MANAUS
2019
1. INTRODUÇÃO
A rede inteligente, atualmente, vem conquistando espaço nas discussões que tratam temas relacionados às redes elétricas no mundo. A proposta desse novo sistema trará mudanças consideráveis para o atual e possibilitará um melhor gerenciamento da distribuição de energia, otimizando todas as etapas do processo. A energia elétrica representa, de forma muito consistente, a capacidade de evolução do ser humano, se caracteriza como fundamental e exerce uma importante função na sociedade, pois contribui com o crescimento e bem estar de todos. Os sistemas de distribuição de energia elétrica utilizados atualmente foram desenvolvidos na década de 40 do século passado, e com o passar dos anos vários aperfeiçoamentos foram sendo realizados, sempre objetivando garantir o bom desempenho deste sistema. Neste sentido, em função do grande avanço da tecnologia da informação e da automação, alguns novos conceitos foram surgindo, entre eles, destaca-se o conceito de Redes Inteligentes (Smart Grids). As Redes Inteligentes caracterizam-se por novas tecnologias quem vêm sendo empregadas para tornar o sistema elétrico uma rede moderna integrando fontes de energia renováveis, automação, iluminação e telemetria para gerenciamento de recursos (e.g., água, gás e eletricidade). A partir do uso destas novas tecnologias (i.e., Smart Grid e Smart Metering) os modelos tradicionais utilizados para representar as redes de distribuição de energia necessitam sofrer alterações para representar, corretamente, sinais elétricos com frequência diferente de 60Hz. Pode-se afirmar que o sistema inteligente possui um enorme potencial na utilização da tecnologia digital para realizar o monitoramento de uma rede elétrica de energia cuja demanda está em expansão e que, consequentemente, acaba por sobrecarregar o sistema elétrico existente, provocando, por vezes, a interrupção do fornecimento pela responsável local. Para que seja possível implantar o novo sistema, com a RI, que poderá executar suas principais funções de maneira que a distribuição de energia seja otimizada e o nível de satisfação dos consumidores com a qualidade do fornecimento seja incrementada, se faz necessária uma grande adaptação da estrutura atual. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), já existe um estudo que planeja a mudança os atuais medidores eletromecânicos pelos digitais para facilitar um controle de demanda utilizando uma nova estrutura tarifária.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 Energia elétrica 
Energia é a capacidade de realizar trabalho ou de transferir calor. Nas sociedades humanas, a energia teve origem na forma endossomatica, ou seja, aquela que chega através de cadeias ecológicas, que possui como fonte primária de energia o sol, ao iluminar, aquecer, transferir energia para as águas, formando nuvens e chuvas, e fornecer energia aos vegetais, através da fotossíntese. Para satisfazer suas primeiras necessidades, basicamente alimentação, fonte de iluminação noturna e aquecimento, o homem apropriou-se do uso do fogo e desenvolveu a agricultura e a pecuária, armazenando energia excedente nos animais e alimentos. Atualmente a energia elétrica é indispensável, se tornando um item essencial no cotidiano.
2.1.1 Processo de Distribuição de Energia Elétrica
A energia elétrica divide-se em quatro etapas: produção, transporte, distribuição e comercialização, essa são interligadas conforme a cadeia de valor da energia elétrica. Dando início pela fonte de energia se estendendo até o consumidor final. A produção elétrica envolve a geração de potência elétrica, através de turbinas ligadas a geradores elétricos. Depois de produzida, é necessário fazer o transporte da eletricidade em Muito Alta Tensão (MAT) dos centros produtores até os centros de consumo. A rede de transporte assegura a interface entre as centrais de produção e as redes de distribuição. A função da rede de distribuição é levar a energia até os consumidores finais (domésticos, empresariais ou industriais). Utilizam três níveis de tensão: Alta Tensão (AT) que fornece energia às subestações, Media Tensão (MT) que alimenta os postos de transformação e Baixa Tensão (BT) a qual estão ligados diretamente os aparelhos nas residências. Finalmente, as empresas que comercializam a eletricidade gerem as relações com os consumidores finais, particulares ou empresas, incluindo o faturamento e o serviço ao cliente. Genericamente o sistema elétrico é formado por geradores, transformadores, linhas de transmissão e alimentadores de distribuição. Geralmente os geradores transformam energia mecânica em elétrica, sendo que a energia mecânica é fornecida por turbinas hidráulicas ou a vapor. No caso do vapor, a energia térmica pode ter diversas origens: carvão, gás, nuclear, óleo entre outros. No Brasil, é predominante o uso do potencial hidráulico (74%), já no resto do mundo este perfil é alterado, devido à dificuldade da obtenção de uma geração hidráulica.
2.1.2 Rede de Distribuição de Energia Elétrica 
Uma rede de transmissão ou de distribuição de energia elétrica é constituída por grandes extensões de cabos elétricos e de equipamentos que interligam as fontes de geração ao consumo. Para garantir qualidade no fornecimento de energia, com segurança e continuidade do serviço, é necessária uma gestão eficiente de comunicação com as centrais de controle, supervisão e medição das empresas distribuidoras Geralmente a geração de energia, principalmente de fonte hidráulica, se encontra longe dos centros consumidores, por isso a energia elétrica utiliza as linhas de transmissão para alcançar o consumidor final, ocorrendo perdas de energia nos condutores destas linhas de transmissão, que são diretamente proporcionais ao comprimento dos condutores e ao quadrado do valor da corrente. Por outro lado, a potência transmitida pela rede elétrica é proporcional ao produto da tensão pela corrente, através da combinação dos valores de ambos é possível diminuir as perdas, utilizando tensões mais altas e correntes mais baixas para uma mesma potência transmitida pela linha
2.1.3 Padrão de Entrada
O padrão de ligação de energia elétrica é composto por um tubo de aço galvanizado, caixa para medidor, podendo ser em policarbonato ou híbrida, eletrodutos, cabos e haste de aterramento. É por meio dele que a energia distribuída pela companhia de eletricidade chega a cada imóvel. Seu modelo deve ser dimensionado de acordo com a carga de energia que será utilizada, variando de residência para residência. 
2.1.3.1 Proteção
A operação desses equipamentos de proteção deve ser precisa e rápida. A confiabilidade de qualquer sistema de potência requer a continuidade de serviço do sistema em meio a condições críticas de faltas sem causar colapsos. Assim, é necessário que haja uma operação rápida e confiável do sistema de proteção.
2.1.3.2 Disjuntor
Um disjuntor é um dispositivo eletromecânico, que funciona como um interruptor automático, destinado a proteger uma determinada instalação elétrica contra possíveis danos causados por curto-circuito e sobrecargas elétricas.
2.1.3.3 Aterramento
O aterramento elétrico é, basicamente a uma das formas mais segura de interferirmos na eletricidade na eletricidade de maneira a proteger e garantir um bom funcionamento da instalação elétrica, além, é claro, de atender exigências de normas. Segundo a ABNT, aterrar significa colocar instalações e equipamentos no mesmo potencial de modo que a diferença de potencial entre a terra e o equipamento seja zero. Isso é feito para que, ao operar máquinas e equipamentos elétricos ao realizar uma manutenção, o operador ou o profissional da área elétrica não receba descargas elétricas do equipamento que ele está manuseando, sejapor corrente de falta (fuga para massa) ou por descarga eletrostática.
2.1.3.4 Condutores
Condutores e isolantes são materiais elétricos que se comportam de maneiras opostas no que respeita à passagem de corrente elétrica. Enquanto os condutores permitem a movimentação dos elétrons, os isolante dificultam essa movimentação, ou seja, a passagem da eletricidade. É o mesmo que dizer que os condutores conduzem as cargas, ou facilitam, a sua passagem e que os isolantes a isolam. Isso acontece em decorrência da estrutura atômica das substâncias, ou melhor, dos elétrons que os materiais apresentam na sua camada de valência. A camada de valência é aquela que fica mais distante do núcleo atômico.
2.1.3.5 Fio Solido 
Esse tipo de fio é feito de cobre e PVC 750V – material que isola a tensão elétrica, evitando que o cabo transfira eletricidade para outros materiais. É mais utilizado em quadros elétricos, tomadas, chuveiros e em instalações residenciais e industriais mais simples, em que não são necessárias a flexibilidade do fio.
2.1.3.6 Cabo flexíveis e cabos rígidos
Assim como os fios sólidos, estes cabos também são feitos de fios de cobre e isolados em PVC. Os cabos rígidos e flexíveis são os mais habituais e usados em diversas instalações elétricas – internas e fixas de luz, em residências, industriais, comerciais, entre outras. Possuem a mesma capacidade de condução de energia e indicações de uso que o fio sólido, no entanto, eles se diferenciam em sua flexibilidade.
Os tipos mais comuns de espessura são até 750V e até 1000V. Para você comparar melhor: quanto maior a espessura do PCV, maior a capacidade de isolar a tensão elétrica. Cabos com 1KV (1000V), por exemplo, são mais usados em indústrias e entradas de rede predial.
2.1.3.7 Cabo PP
Esse modelo possui grande flexibilidade e é muito usado para ligações de eletrodomésticos, como aspirador, e outros aparelhos mais profissionais, como furadeiras e máquinas de solda. São utilizados também no mercado automotivo. Os Cabos PP são formados por condutores de fios de cobre.  Possui esse nome por ter duas capas de PVC, uma dentro da outra, podendo ter duas ou mais pontas internas para fazer a ligação. São bem resistentes e seguros.
2.1.3.8 Cabo Multiplexado 
Cabo de potência multiplexado autossustentado, projetado para circuitos de alimentação e distribuição de energia em tensões de até 0,6/1 KV, em instalações aéreas fixadas em postes ou fachadas. Isolação de XLPE 90°C - composto termo fixo extrudado à base de polietileno
2.1.4 Contador/Medidor de Energia Elétrica
Medidor de energia elétrica, popularmente chamado de relógio de luz, é um dispositivo ou equipamento eletromecânico e/ou eletrônico capaz de mensurar o consumo de energia elétrica. A unidade mais usada é kWh. Está presente na maioria de casas e habitações no mundo moderno.
2.1.5 Vantagem e Desvantagem
A rede elétrica atual possui um formato fixo a mais de cem anos, contudo a demanda e o consumo aumentaram continuamente. Desse modo, a rede se transformou em algo complexo e sem ferramentas que automatizem o sistema para garantir uma energia com qualidade. As consequências negativas desse engessamento do sistema elétrico de geração, distribuição e transmissão são inúmeras, sendo que os frequentes blackouts, problemas no armazenamento de energia, limitações no sistema de geração e falhas de equipamentos são os problemas mais notáveis no setor. Como consequência da implementação dos smart grids, um novo mercado de energia elétrica surgirá uma vez que ela possibilitará uma maior competição por parte das concessionárias. Essa competição acarretará em melhorias contínuas no sistema de modo que essas mesmas concessionárias serão obrigadas a investir em pesquisas e tecnologias para que mantenham e forneçam seu produto, a energia elétrica, com um nível altíssimo de qualidade. Nesse sentido, os benefícios dessa competição são
· Confiabilidade:
As decisões de controle e proteção do sistema de energia elétrica serão mais inteligentes e com baixo nível de falha humana, já que o uso de tecnologias com sistemas em tempo real de medição, comunicação e controle serão utilizados. Os números de problemas citados anteriormente, como blackouts, podem ser minimizados.
· Eficiência:
A eficiência do sistema será atingida através da total integração do sistema de geração, transmissão e distribuição. Essa integração permitirá que geradores e sistema armazenadores de energia operem na sua eficiência ideal. Esse é o novo conceito de geração distribuída, ou seja, a carga, geradores e armazenadores poderão ser realocadas no sistema para que haja o mínimo de perdas no sistema.
· Flexibilidade:
A diversidade de operações que podem ser tomadas como o smart grid permitirá à quem controla o sistema uma maior flexibilidade. Esta flexibilidade é decorrente da variedade da demanda, das várias formas de geração (hidroelétricas,
eólica, nuclear, solar, entre outras) e pelas tecnologias instaladas.
· Desenvolvimento sustentável
Pode ser dito que com a implantação das redes inteligentes haverá uma descarbonização do sistema elétrico de energia, isto é, ocorrerá uma diminuição das emissões de carbono provindos de combustíveis fósseis na atmosfera. Essa redução não virá somente do uso mínimo de usinas baseadas em combustíveis fósseis ou gases, mas pela troca de veículos com combustível baseado em petróleo pelos veículos elétricos. A partir do momento em que houver um controle maior do sistema de energia elétrica e tecnologias apropriadas, os veículos elétricos terão sua eficiência aumentada e poderão ser considerados como agentes do setor elétrico armazenando ou consumindo energia. O maior controle das fontes renováveis e alternativas de energia também ajudará para que elas sejam incluídas no sistema mais facilmente, o que não ocorre na atual rede, em que encontram uma grande dificuldade para se integrarem. Além das vantagens no sistema de transmissão e distribuição já apresentados, um dos maiores avanços tecnológicos que ocorrerá na implantação das redes inteligentes virá no ramo das telecomunicações. Trocas de informações em tempo real e com protocolos de segurança bem estabelecidos são considerados como fundamentos para que os smart grids funcionem e operem eficientemente, Redes de sensores e medidores inteligentes, dispositivos de proteção, automação e atuadores, sejam eles residenciais, comerciais ou industriais, precisam estar todos conectados para que possa ser garantida uma alta qualidade na energia elétrica entregue aos consumidores finais. Considera-se que sem uma rede de telecomunicações robusta, a implementação do smart grid ficará limitada. Embora sejam muitas as vantagens apresentadas pelas redes inteligentes, ainda há muito o que ser desenvolvido. As principais barreiras apresentadas para a implementação desse novo conceito atualmente são os custos das tecnologias existentes e a falta de adaptação das tecnologias existentes no mercado para o cenário de smart grids. A padronização de um sistema de comunicação e protocolos utilizados pode também ser indicada como um grande desafio para a criação de dispositivos inteligentes. A pressão pelo desenvolvimento de tecnologias para esse novo panorama está gerando uma preocupação com relação a segurança dos equipamentos e do sistema de comunicação entre eles. Vulnerabilidades estão sendo detectadas e precisam ser corrigidas o quanto antes. Exemplos como ataques ao sistema de banco de dados ou até mesmo de operação das redes através de protocolos de comunicação podem ser citados. Um segundo exemplo mais drástico foi apresentado por Radasky, onde atualmente os equipamentos da rede elétrica que estão sendo desenvolvidos para as redes inteligentes são vulneráveis à ataques de armas eletromagnéticas. A frequência desse tipo de ofensiva está aumentado e pode ser considerada um risco para o funcionamento das redes inteligentes, dado que esses ataques podem destruir equipamentos como medidores inteligentes, servidores e banco de dados.
2.1.6 Monitoramento Interface 
O COI, éresponsável em fazer monitoramento e realizar comandos remotos atribuídos as subestações (SE), da RD de AL, garantindo um fornecimento de energia elétrica de qualidade as UC’s. Quando é identificado um possível déficit ou sobrecarga em um AL da RD se faz necessário o remanejo de carga esse processo se deve ao sistema SAGE que por sua vez possibilita o operador do COI a ter uma ampla visão da RD e SE. Essa capacidade de manobra remota nos circuitos dos AL’s é utilizando os RL’s, estes devem estar sintonizada com a operação nas SE e com concordância entre a operação da RD por meio do COI. Sendo assim a operação da SE e na RD é de grande importância pois para se ter a conclusão das manobras executadas precisa dessa sintonia. Este procedimento é atribuído ao sistema SAGE (Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia) interligado aos RL’s este sistema pode detectar outras possíveis falhas no sistema da RD, provido de um equipamento ou por motivo causal originado por ação humana, animal, vegetal ou até mesmo fenômeno natural, em uma outra hipótese tendo uma saída brusca de um AL o COI utiliza-se do SAGE, para identificar a localização do defeito, acionando os RL por comando remoto, isolando a área com defeito e restabelecendo o fornecimento de energia elétrica em menor tempo possível. Essa ferramenta se faz presente em outros serviços, em casos da manutenção programada para melhoria e corretiva, é dado o comando o para isolar o perímetro do circuito de RD de MT e BT.
3. CONCLUSÃO
Claramente abordar a temática do ramo tecnologia é bastante amplo, principalmente quando trata-se do sistema smart grids. Abordamos e destacamos que o sistema smart grids é um campo extenso e requer muito estudo e atenção no quesito responsabilidade técnica, o objetivo deste trabalho é fornecer desde etapas simples de execução a elaboração detalhada do desenvolvimento que ocorre de uma subestação, citando e caracterizando as etapas que custeiam a execução deste projeto. Smart grids são uma tendência de mercado devido a vantagens em diversas áreas e aplicações com uma potencial capacidade de otimização e integração do sistema elétrico. As quantidade de vantagens em relação ao modelo atual de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica desse novo conceito são inúmeras, contudo desvantagens ainda existem. Tais desvantagens ocorrem devido ao alto custo das tecnologias existentes e, principalmente, no âmbito da regulamentação deste novo cenário que está surgindo.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA 
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional – Módulo 8 – Qualidade da energia elétrica: Revisão 6. Resolução normativa nº 414/2010 
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional – PRODIST versão 2008
FAULKENBERRY, L. M.; COFFER, W. Electrical Power Distribution abd Transmission. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1996.
MAMEDE FILHO, JOÃO. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência Rio de Janeiro: LTC, 2013
Pesquisa sobre fornecimento de energia elétrica 
http://www.eletrobrasamazonas.com/cms/wp-content/uploads/2013/11/NDEE-01-Norma-Fornecimento-de-Energia-El%C3%A9trica-em-M%C3%A9dia-Tens%C3%A3o-138-KV-e-345-KV-00.pdf acesso 21/06/2019 as 17:22
Pesquisa sobre Sistema smart grids
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAotcAF/sistema-smart-grids o acesso 21/06/19 as 18:55 
Pesquisa sobre rede de distribuição 
https://pt.slideshare.net/lanelino/bloqueio-por-Rede de Distribuiçao-vd4rev acesso 22/06/19 as 13:09 
Pesquisa sobre Resolução no 456/2000 da ANEEL e o módulo 3 do Prodist 
http://www.aneel.gov.br/modulo-9 acesso 23/06/19 as 17:09 
Pesquisa sobre Medidor Inteligente 
https://www.google.com.br/search?biw=ish&sa=1&ei=Jg7FWrf8Foy8wASB84noBA&q=MED-INTERLIGENTE acesso 23/06/19 as 18:33 
Pesquisa sobre resolução normativa 
http://www2.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=50&idPerfil=4 acesso as 15:08 23 /06/19