Desenvolvimento e Implantação de um Sistema Supervisório de Energia Elétrica no IF-SC

Resumo estendido

Os sistemas supervisórios de energia elétrica são empregados para monitoramento, tendo como objetivo o controle e o gerenciamento do consumo. Através de dados históricos do sistema é possível compreender o perfil de consumo de uma edificação, tornando-se uma ferramenta útil no planejamento da manutenção, na previsão de ampliação da demanda e na avaliação do impacto de ações de economia de energia da instalação.

O campus São José do IFSC tem uma despesa média mensal em energia elétrica em torno de R$15.000. Avaliando-se as contas dos últimos doze meses pode ser verificado que em alguns períodos de férias escolares o consumo de energia é da mesma ordem dos meses letivos. Além disso, percebe-se que a gestão do comando de cargas como iluminação e ar condicionado não é realizada de maneira adequada. Para o desenvolvimento do projeto de pesquisa propõe-se a instalação de um transdutor de potência elétrica na subestação de energia do campus. Neste equipamento o valor da potência ativa de entrada será convertido em um sinal de corrente analógico, proporcional à potência medida.

O sinal de saída do transdutor de potência será transmitido em valores digitais para um computador. No computador um programa será elaborado para, a partir dos sinais de medição, gerar os gráficos da energia elétrica consumida ao longo do tempo. Uma estrutura de banco de dados será avaliada para aplicação no armazenamento ordenado do histórico do consumo. Será desenvolvido um portal na web para visualização dos gráficos de demanda e geração de relatórios como em um sistema supervisório comercial. Este portal poderá ser acessado de qualquer ponto conectado à Internet.

O TCC proposto é multidisciplinar e envolverá os seguintes temas de pesquisa:

• Transdutores de potência;
• Transmissão de sinais;
• Conversores analógico/digital;
• Programação;
• Gerenciamento de bancos de dados;

A seguir são descritos os principais aspectos destes temas.

Os transdutores analógicos de potência têm por finalidade converter a potência ativa de um sistema em um sinal contínuo (de tensão ou corrente) e isolado galvanicamente das entradas.

Neste trabalho propõe-se a instalação de um transdutor de potência elétrica na subestação de energia do campus. Neste equipamento o valor da potência ativa de entrada será convertido em um sinal de corrente analógico entre 4mA a 20mA, proporcional à potência medida. Este sinal de saída do transdutor será transmitido em valores digitais para um computador.

Há várias formas de realizar a transmissão do sinal: cabo coaxial ou par trançado, wireless, rede elétrica etc., as quais serão avaliadas no início do desenvolvimento do projeto.

A tecnologia de comunicação sem fio ZigBee seria uma alternativa. O transdutor de potência teria ligação com o módulo Xbee via cabo serial, depois o sinal seria transmitido via wireless para outro módulo Xbee conectado ao computador. Porém, esta possibilidade deverá ser testada, uma vez que a tecnologia Zigbee não foi projetada para operar em ambientes expostos a altos níveis de interferência eletromagnética.

Outra possibilidade de transmissão do sinal seria via cabo. Nesta hipótese o computador que armazenará os dados coletados deverá ficar próximo da subestação, disponibilizando os dados em tempo real na rede. Nesta opção poderia ser utilizada a plataforma Arduino. O próprio Arduino converteria o sinal analógico em digital e faria a conexão com o computador via porta USB, sendo que ambos se localizariam do lado de fora da subestação.

O Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre, projetada com um microcontrolador Atmel AVR de placa única, com suporte de entrada/saída embutido. Pode ser usado para o desenvolvimento de objetos interativos independentes, ou ainda para ser conectado a um computador hospedeiro. Uma típica placa Arduino é composta por um controlador, algumas linhas de E/S digital e analógica, além de uma interface serial ou USB, para interligar-se ao hospedeiro, que é usado para programá-la e interagir com ela em tempo real.

No computador um programa em linguagem PHP ou Java será elaborado para obter os sinais oriundos do Arduino e gerar os gráficos da energia elétrica consumida ao longo do tempo. Uma estrutura de banco de dados será avaliada para aplicação no armazenamento ordenado do histórico do consumo.

Um portal na web será desenvolvido de forma que qualquer usuário, de maneira intuitiva, possa gerar relatórios dos gráficos de demanda de potência no tempo definindo períodos para visualização das curvas.

Uma vez que esta ferramenta esteja desenvolvida e disponibilizada, ações de eficientização de energia no campus poderão ser acompanhadas e comprovadas de forma eficaz, servindo também de incentivo à novas ações de economia de energia.

Etapas

O trabalho terá as seguintes etapas:

1.Revisão bibliográfica:Nesta fase serão avaliados os tipos de transdutores de potência disponíveis comercialmente e a partir de uma revisão na literatura acadêmica/científica serão definidos o tipo de transmissão a ser utilizado no projeto, o conversor analógico, a linguagem de programação e o banco de dados. Como a subestação de energia é um ambiente sujeito a influência de campos elétrico e magnético, especial atenção será dada sob o aspecto da compatibilidade eletromagnética dos equipamentos utilizados no projeto.

2.Desenvolvimento da parte física do sistema:O sistema composto pelo transdutor, meio de transmissão, conversor A/D e aquisição de dados será testado em laboratório para verificação de sua interação e eficiência.

3.Desenvolvimento da parte de programação:A partir de um banco de dados teórico serão desenvolvidos os programas em computador para tratamento dos sinais e sua representação gráfica, provavelmente em linguagem Java. Nesta etapa serão avaliados sistemas de banco de dados que melhor se adapta a necessidade do projeto, uma possibilidade é o emprego do banco de dados MySQL que é um sistema de gerenciamento que usa uma linguagem de consulta estruturada como interface.

4.Implementação:Na etapa de implementação o sistema desenvolvido será montado para funcionar ininterruptamente, monitorando a entrada de energia da subestação do Campus São José. Através da web os registros históricos de demanda de energia poderão ser consultados.

5.Redação:A redação final do TCC irá consolidar e fazer o registro formal da pesquisa, servido de base para melhorias e/ou trabalhos futuros.