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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Qualidade na utilização de energia elétrica no setor rural: problemas, legislação e alternativas
Adriano J. SilvaI; Fernando C. MunhozI; Paulo B. CorreiaII
IMestrandos em Planejamento de Sistemas Energéticos. Departamento de Energia DE - Faculdade de Engenharia Mecânica FEM - UNICAMP Sala IE301 - cx. postal 6122 - Cep. 13083-970 Campinas - SP - fone (19)3788-3285 fax (19)3289-3722
IIProf. Dr. da Pós-graduação do Departamento de Energia. Departamento de Energia DE - Faculdade de Engenharia Mecânica FEM - UNICAMP Sala IE301 - cx. postal 6122 - Cep. 13083-970 Campinas - SP - fone (19)3788-3285 fax (19)3289-3722
RESUMO
O acesso à energia elétrica em pontos isolados na rede rural brasileira é um desejo de muitos proprietários rurais e um problema nacional. O proprietário rural deve receber a energia com qualidade suficiente para que as necessidades que a atividade requer sejam adequadamente supridas. Deve, também, utilizá-la de modo eficiente, aproveitando as opções de tarifas e utilizando instalações elétricas seguras.Este artigo trata da qualidade da energia utilizada pelos proprietários rurais, tendo como foco, o problema da oscilação de tensão em redes de distribuição rural de longa distância. São analisados métodos de partida de motores pelo lado da demanda e as ferramentas de gerenciamento de rede pelo lado da oferta. Também é realizada uma avaliação da resolução 505/01 da Aneel, que trata dos índices de conformidade de tensão, fazendo uma comparação com a Portaria 047/1978 do DNAEE vigente até o ano passado. Muitas localidades rurais não possuem energia elétrica, por isso o governo federal lançou alguns programas de financiamento para o setor, sendo os mais conhecidos o PRODEEM e o Luz no Campo. Estes programas devem-se ao fato do investimento em redes de distribuição rural ser muito alto e o seu payback muito longo, o que não incentiva o investimento privado. O objetivo deste trabalho é avaliar o nível de tensão que chega nas propriedades rurais, propondo soluções tanto para o lado da demanda quanto para o lado da oferta.
Palavras Chave: Eletrificação Rural; Qualidade da Energia Elétrica; Níveis de Tensão
ABSTRACT
The access to electrical energy in isolated areas in the countryside is more than the Brazilian rural owners' wish, it is a national problem. The energy rural owner receive in their properties should be of such quality that it could adequately fulfil their necessities. On the other hand, it is the rural owners responsibility to use it in an efficient way, in safe electrical installations besides taking advantage of the duty options offered. This paper is about the quality of the utilized energy by the rural owners, focusing on the oscillation tension problem in long distance rural grids. Methods of starting engines are analysed from the demand-side whereas tools of network administration are reviewed from the supply-side. The Aneel Resolution number 505/01, which is about the indexes of tension conformity which is also analysed and compared to the DNAEE Order number 047/1978 that was in vigour until last year. Many countryside areas still do not receive electrical energy. That is why the Federal government has launched some financial programmes to this specific area. The most well known among these ones is 'PRODEEM' and 'Luz no Campo'. They were launched because the investments in rural grids are too high and the payback is too long, what does not encourage private investments. The main aim of this work is to evaluate the level of the tension in rural properties, presenting solutions which could benefit the demand and the supply at the same time.
Introdução
A carência de eletrificação rural constitui um dos problemas do sistema elétrico brasileiro. O problema se agrava quando as propriedades rurais se encontram muito distantes dos centros de carga. Grandes distâncias, baixa densidade de consumidores por quilômetro e escassez de recursos colaboram para a duração da falta de energia elétrica na zona rural. Governos federais e estaduais lançaram esforços para prover energia elétrica aos proprietários rurais. Este trabalho faz uma breve análise de dois programas lançados pelo governo federal: o Luz no Campo e o PRODEEM.
Apesar do avanço da tecnologia de geração descentralizada e da maior difusão desta tecnologia entre os proprietários rurais, a maioria das propriedades ainda são atendidas por concessionárias de energia ou cooperativas. Com a reestruturação do sistema elétrico brasileiro os agentes privados que assumiram as concessionárias de energia não possuem atratividade financeira para investir em expansão da rede rural, visto que o consumo desta classe é pequeno.
Localidades rurais já atendidas pelas concessionárias possuem problemas com a qualidade da energia elétrica que chega no seu medidor. Algumas soluções como a geração descentralizada através de geradores diesel ou por meios alternativos são implantadas há alguns anos. Dependendo do caso estas soluções são economicamente viáveis tanto para o proprietário quanto para a concessionária, visto que o custo marginal para levar a energia elétrica para estas propriedades é alto. A geração descentralizada também pode ser benéfica do ponto de vista ambiental.
No entanto, a maioria das propriedades são atendidas pelas concessionárias. Devido à grande extensão das linhas de distribuição rural, a energia que chega nas propriedades chega, muitas vezes, com baixa qualidade. O objetivo deste trabalho é avaliar os níveis de tensão utilizado nas propriedades rurais, propondo soluções tanto para o lado da demanda quanto para o lado da oferta. Serão avaliadas, pelo lado da demanda, alternativas nos métodos de acionamentos de motores e, pelo lado da oferta, a utilização do geoprocessamento para o gerenciamento da rede de distribuição. Também será analisada a legislação em vigor.
Distúrbios elétricos freqüentemente causam desligamentos e danos a equipamentos, criando problemas a um número crescente de consumidores. Respostas a questões como sobre-carga no condutor neutro, perdas de tensão, sobreaquecimeto de transformadores ainda não foram respondidas satisfatoriamente (MURPHY,1997). Estes problemas são gerados na maioria das vezes por conteúdo harmônico do sinal em regiões tipicamente rurais. Avaliar a contribuição de harmônicos no sistema de distribuição, não faz parte do escopo deste trabalho.
O proprietário rural deve receber a energia com qualidade suficiente para que as necessidades que as atividades requerem sejam adequadamente supridas.
Gerenciamento de rede
Uma das formas da concessionária poder controlar o nível de tensão que chega nas propriedades rurais é através do gerenciamento de rede. O geoprocessamento é uma ferramenta que, em algumas concessionárias, está começando a ser utilizada com resultados satisfatórios.
Através do geoprocessamento é possível avaliar os níveis de tensão e o carregamento de linhas e transformadores ao longo de um circuito. Ele simula estes parâmetros através do consumo de cada consumidor. Uma fórmula empírica é estudada para cada região ou sistema de forma que, com base no consumo em kWh de cada consumidor, chega-se a uma expressão onde se obtém o carregamento do transformador em KVA. Com os carregamentos de cada transformador do circuito têm-se os dados necessários ao cálculo de queda de tensão, visto que estão cadastrados no banco de dados do sistema de geoprocessamento todas as linhas de distribuição de baixa, média e, dependo dos casos, de alta tensão com suas respectivas bitolas e impedâncias associadas.
Com base nestas simulações é possível determinar mudança de taps de transformadores, análise de viabilidade de atendimento a novas cargas obedecendo aos critérios de carregamento e queda de tensão de linhas e elaboração do cronograma de obras, fazendo simulações de cinco ou dez anos e observando os parâmetros de crescimento da demanda naquela região.
Outra vantagem da utilização deste sistema é a fácil localização dos consumidores. Se um consumidor rural está com algum problema como queima de transformador ou rompimento de cabo de distribuição, ele pode ser facilmente localizado no sistema mediante o seu CDC, nome ou endereço. Como em localidades rurais o endereço é por vezes incompleto, com o número do CDC ele pode ser localizado no sistema pelo seu poste ou transformador, dependendo do sistema de cadastro que a empresa utilizou, facilitando as equipes de manutenção de campo a encontrar esta propriedade e chegar com mais rapidez na localidade, melhorando os parâmetros de qualidade DEC e TMA e, por conseqüência, a satisfação do cliente.
Motores Elétricos
É comum a utilização de motores elétricos nas instalações rurais. Eles são as maiores fontes de perturbações na instalação quando não são dimensionados, instalados e operados corretamente. Limitar a corrente de partida é o principal recurso para se evitar distúrbios na rede de alimentação e aumento da demanda de energia elétrica. O objetivo é evitar transitórios que possam ocasionar quedas de tensão em outros pontos da rede ou, até mesmo, interrupção. Poderão ocorrer situações econômicas desfavoráveis com o impacto na demanda de altas correntes de partida. Para a escolha do método de partida deve-se levar em consideração as características da máquina a ser acionada: curva conjugado x rotação, inércia, regime de trabalho, tempos limites (aceleração, frenagem e regime contínuo); circunstância de disponibilidade de potência de alimentação: restrições de queda de tensão impostas pelo sistema de alimentação ou limites de corrente; e confiabilidade do serviço: condições de operação, emergências ou situações críticas.
São diversos os tipos de acionamentos possíveis a serem utilizados no meio rural e sua escolha é fortemente influenciada pelo tipo de carga, máquina que vai ser acoplada ao seu eixo, a ser acionada. Se uma carga mecânica requer determinada potência P, equivale a necessitar de um dado conjugado C a uma dada rotação N. Desta forma, para um sistema dotado de movimento de rotação temos uma relação entre estas grandezas representada pela equação (1):
A principal característica de uma carga qualquer é, portanto, dada pela curva CxN, sendo este um dos critérios de classificação de carga mais utilizado para a escolha do acionamento.
Entretanto, o levantamento exato da curva CxN não é uma tarefa simples. Na maioria das vezes são necessárias medições de campo, tais como: corrente de partida direta, corrente de operação e tempo de aceleração e frenagem, para se conhecer melhor as características da carga. O conjugado exigido, durante a aceleração ou frenagem de um sistema em rotação, atinge valores maiores que o nominal. Entretanto, devido sua curta duração, nem sempre é levado consideração na definição do acionamento, mesmo porque os fabricantes de máquinas já prevêem esta solicitação em condição de partida direta e por inércia. Os esforços envolvidos durante a aceleração e frenagem dependem da inércia da carga, variação de rotação e tempo de aceleração ou frenagem. Alguns métodos de partida são descritos abaixo:
A partida direta, ou partida a plena tensão, é a mais favorável considerando apenas o motor, já que não impõe restrições às suas características de conjugado e rotação. É um método que pode ser aplicado em máquinas independente de sua condição de partida, vazio ou em carga, e que por este motivo suportam facilmente o conjugado de aceleração. Por utilizar poucos componentes e ter um comando simples possui grande confiabilidade de serviço.
O método de partida estrela-triângulo é o mais conhecido e também muito simples. Para que este método seja utilizado o motor deve funcionar em triângulo e possuir três terminais acessíveis. Este método pode ser aplicado quando as máquina partem em vazio ou com conjugado resistente baixo, ou quando há restrições de disponibilidade de potência na alimentação do sistema. É necessário parametrizá-la em tempo.
As chaves compensadoras possuem a vantagem de permitir ajustes de tensão e corrente no campo por uma simples mudança de tap. Esse método é usualmente aplicado no acionamento de máquinas de grande porte que partem com carga inicial. Além disto alivia o conjugado de aceleração devido à tensão inicial reduzida, e conseqüentemente há uma redução da disponibilidade de potência para alimentação. Para permitir uma melhor adequação da partida no acionamento da máquina é possível parametrizar a tensão inicial.
Tanto para a chave estrela-triângulo quanto para a compensadora existe uma maior relações de componentes e, portanto exige-se uma maior qualidade de supervisão para se ter um bom nível de confiabilidade.
A evolução da eletrônica de potência, permitindo o controle de correntes cada vez maiores, e a necessidade de suprir as deficiências dos métodos tradicionais de partida de motores elétricos, levaram ao desenvolvimento das chaves estáticas de partida ou chaves de partida suave. Estas chaves utilizam softwares de computadores para a entrada em operação. Elas podem ser aplicadas no acionamento de máquinas independentemente das condições de partida. Também permite uma parametrização em rampa oferecendo uma aceleração progressiva e uniforme da máquina o que possibilita uma redução da disponibilidade de potência para alimentação. Em contrapartida, exige melhor qualidade de supervisão para se obter confiabilidade de serviço. Pela ausência de choques mecânicos na aceleração da máquina aumenta consideravelmente os intervalos de manutenção, o que contribui para uma maior vida útil do equipamento. Os inversores de freqüência são equipamentos com qualidade reconhecida em automação e possui inúmeras aplicações no setor rural. RIZZO (1991) estudou a viabilidade técnico-econômica da utilização de inversores quando comparado com válvulas de estrangulamento e fluido recirculado para controle de vazão. Resultados obtidos mostram que, em média, a utilização de inversores de freqüência resulta numa economia de energia três vezes superior aos demais métodos. Além do mais a utilização de inversores de freqüência contribui, dentre outros, nos seguintes aspectos: (i) redução de desgaste mecânico e da manutenção associada; (ii) redução da demanda de energia; (iii) economia de energia; e (iv) melhoria do fator de potência.
Legislação
Como o consumidor rural fica a uma grande distância da subestação de distribuição a chance de ocorrer sobretensão, subtensão ou ainda fortes oscilações de tensão são maiores do que o consumidor urbano. Além disto, o nível de tensão é um dos critérios técnicos para aprovação ou não de novos projetos. Este item trata da legislação em vigor que determina os níveis de tensão no fornecimento de energia elétrica, considerando os limites de variação das tensões a serem observadas pelas concessionárias e consumidores.
Até o ano passado vigorava era a Portaria DNAEE n.º 047 de 17 e abril de 1978. Esta portaria estabelecia, entre outras coisas, que as concessionária de energia elétrica poderiam fixar, no ponto de entrega, uma tensão com variação de 5 % para mais ou para menos com relação a tensão nominal do sistema. Os limites de variação de tensão no ponto de entrega da energia poderiam variar entre + 5% (mais cinco por cento) e -7,5 % (menos sete e meio por cento). Estes limites de fornecimento e variação de tensão eram válidos para quando o atendimento fosse feito em tensão de transmissão, subtransmissão ou primária de distribuição.
Em 26 de novembro de 2001 a ANNEL publicou a resolução n.º 505, que estabelece de forma atualizada e consolidada, as disposições relativas à conformidade dos níveis de tensão de energia elétrica para regime permanente, revogando a portaria n.º 047 do DNAEE. Esta resolução agora estabelece indicadores individuais e coletivos e separa os níveis de tensão em adequados, precários e críticos. A tabela abaixo classifica a Tensão de Atendimento (TA) com base na faixa de variação da Tensão de Leitura (TL) em relação à Tensão Contratada (TC).
Esta resolução inova porque a partir de 2002 a concessionária deverá enviar para a ANEEL o cadastro de todas as unidades consumidoras atendidas em tensão inferior a 69 KV e a ANEEL definirá por meio estatístico aleatório as unidades da amostra para fins de medição. Com este sistema o agente regulador terá dados suficientes para avaliar a qualidade de fornecimento de energia elétrica de cada concessionária no que diz respeito à oscilação de tensão. De fato, por administrar regiões diferentes, cada concessionária possui problemas diferentes intrínsecos ao seu sistema. Concessionárias que fornecem seus serviços para regiões onde a zona rural é muito ampla, possivelmente apresentarão índices de conformidade de tensão piores que os daquelas que fornecem energia a cargas agrupadas em centros urbanos. De qualquer forma, é um avanço para os consumidores rurais que terão a qualidade de fornecimento regulada de forma mais eficaz pela ANEEL. O investimento das concessionárias para a realização de obras nas localidades rurais onde for comprovado um nível de tensão fora dos parâmetros estabelecidos nesta resolução irá aumentar sensivelmente. A análise de viabilidade técnica de atendimento de novos clientes na zona rural também deverá ser mais criteriosa, com a tendência de aumentar as aprovações como melhoria na rede com participação do consumidor. Dependendo da melhoria de rede a ser realizada o custo da mesma poder inviabilizar todo o projeto do proprietário. Esta afirmação é válida, também, para aumento de carga, impossibilitando a expansão dos negócios do proprietário rural ou fazendo com que o mesmo recorra a fontes descentralizadas de geração.
Além das medições amostrais da ANEEL, o consumidor também poderá solicitar estas medições quando se sentir lesado. A partir de 1º de janeiro de 2005, quando forem detectados problemas de tensão em consumidor e este não for resolvido no prazo estabelecido, o mesmo será restituído por ter sido submetido ao serviço inadequado.
Programas de eletrificação rural
De forma geral, o setor agropecuário brasileiro apresenta tradicionalmente um consumo de energia baixo e sazonal, isto se deve em função das flutuações das safras (TOLMASQUIM & SZKLO, 2000). O custo marginal para atender este setor é muito alto para as concessionárias e o retorno do investimento muito longo.
Há alguns anos o governo federal lançou o programa Luz no Campo. A Eletrobrás abriu uma linha de crédito de R$ 1,77 bilhão para o financiamento deste programa, mediante recursos da RGR (Reserva Global de Reversão). A Eletrobrás participa com até 75% do valor total do Programa e os 25% restantes são provenientes de obrigações legais da concessionária e contrapartida dos Estados e Municípios. A meta principal do programa é a eletrificação de 1.000.000 de propriedades rurais, notadamente as pequenas e médias, em um período de 4 anos.
Outro programa lançado pelo governo para atender os proprietários sem acesso à energia elétrica é o PRODEEM. Este programa objetiva atender comunidades carentes isoladas utilizando fontes renováveis locais em base auto-sustentável. A atuação é direcionada para a energização de escolas, postos de saúde, centros comunitários, bombeamento d'água, entre outros.
Conclusões
A qualidade da energia para o setor rural no tocante à variação de tensão é, pela natureza do tipo de fornecimento, um item com maiores complexidades de manutenção que no setor urbano.
Do ponto de vista do consumidor, este deve adotar medidas para que o atendimento da sua localidade não seja prejudicado, assim como os outros consumidores conectados à mesma rede. Para a concessionária, procurar baixar os índices que denotam má qualidade de fornecimento como DEC, TMO e FEC, obedecendo à legislação do setor sob pena de sofrer penalidades previstas no Código de defesa do consumidor e sob pena de ter seus serviços substituídos pelo de um concorrente. Para o legislador no novo ambiente concorrencial deve estipular índices de qualidade aceitáveis para este setor, tanto do lado da oferta quanto da demanda, incentivando ou punindo quando tais índices estiverem ou não dentro dos padrões estabelecidos.
Com a reestruturação do sistema elétrico brasileiro e a transferência da figura de empresário para o setor privado, os investimentos em eletrificação rural tenderiam a diminuir. De fato, pois, pela ótica do investidor privado eles dificilmente seriam rentáveis. Porém do ponto de vista da análise de custo-benefício social e as externalidades positivas que a eletrificação rural acarreta, a solução deste problema deve constituir uma prioridade, especialmente quando são considerados os desdobramentos sistêmicos do déficit energético rural. Pensando nisso, o governo federal lançou e financiou programas de eletrificação em todo o país. Estes não se configuram como a panacéia para os problemas em eletrificação rural, porém sinaliza a universalização real do acesso à energia elétrica.
Referências Bibliográficas
[1]ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica - Resolução - Portaria DNAEE nº 047, de 17 de abril de 1978.
[2]ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica - Resolução - Resolução nº 505, de 26 de novembro de 2001.
[3]MURPHY H.G. - Power quality and the AFD, overwiew, 1998. 5p._http://www.execpc.com/~hgmurphy/PWRQUAL.HTM (20/06/2002).
[4]RIZZO, H. F.; GLD - O retorno do investimento em inversores de freqüência para ventiladores e bombas.; Eletricidade Moderna; São Paulo; n. 211; p.54-60; 1991.
[5]TOLMASQUIM, Mauricio T. & SZKLO, Alexandre S. (coords.) Matriz energética brasileira (1995 - 2010): A energia no Brasil na virada do milênio. COPPE/UFRJ. 2000.
[6]CAMPANA, S. et alli. Inversores de freqüência - uma alternativa para racionalização do uso da energia elétrica em sistemas de irrigação pivô central. Agrener, 2000.
[7]OLIVEIRA, Luciana C. Perspectivas para a eletrificação rural no novo cenário econômico-institucional do setor elétrico brasileiro. Dissertação de mestrado. COPPE/UFRJ. Março de 2001.