Como o pr´oprio termo j´a diz, condicionar a energia significa alterar, transformar ou sim- plesmente “adequar” suas caracter´ısticas para um objetivo espec´ıfico. Assim, todo dispositivo ou equipamento que modifica determinadas caracter´ısticas da energia el´etrica em um sistema ou instala¸c˜ao, pode ser considerado um condicionador de energia. Alguns exemplos de con- dicionadores s˜ao os transformadores, banco de capacitores, reatores, filtros sintonizados LC, retificadores, conversores de freq¨uˆencia, ciclo-conversores, fontes de alimenta¸c˜ao ininterruptas (UPS), filtros ativos de potˆencia, etc.
Assim, como a ´area de QEE, a ´area de CEE tem muitas varia¸c˜oes e o termo ´e empregado para representar diversas fun¸c˜oes distintas, principalmente no que diz respeito `as aplica¸c˜oes da eletrˆonica de potˆencia.
Considerando as defini¸c˜oes e discuss˜oes da se¸c˜ao anterior, e assumindo que normas es- pec´ıficas est˜ao sendo definidas para garantir que equipamentos e sistemas el´etricos n˜ao se afas- tem em demasia das condi¸c˜oes ideais de opera¸c˜ao, torna-se necess´ario adequar ou condicionar os sistemas reais para satisfazer tais condi¸c˜oes.
Al´em dos condicionadores usuais do passado (transformadores, compensadores s´ıncronos, ca- pacitores e reatores controlados), amplamente utilizados para controle de reativos, manuten¸c˜ao do n´ıvel da tens˜ao e redu¸c˜ao de perdas, tornou-se necess´ario nos ´ultimos anos, desenvolver dispositivos eletrˆonicos mais avan¸cados para reduzir ou minimizar os dist´urbios de QEE. Por se utilizarem da eletrˆonica de potˆencia, muitas vezes com controladores digitais program´aveis, esta nova gera¸c˜ao de condicionadores de energia possui a flexibilidade e as caracter´ısticas dinˆamicas que n˜ao eram poss´ıveis de se obter com os dispositivos convencionais.
Utilizando tais tecnologias e equipamentos condicionadores, tanto concession´arias, ind´ustrias, fabricantes de equipamentos e consumidores em geral, podem conseguir, `as custas de algum investimento financeiro e por for¸ca de norma, evitar que dist´urbios de QEE afetem processos produtivos ou elevem as perdas do sistema de potˆencia.
Neste contexto, sabendo que a quest˜ao financeira ´e de primordial interesse, ser´a discu- tido como a Metodologia de Identifica¸c˜ao Seletiva dos Dist´urbios permite que determinados
dist´urbios possam ser minimizados ou eliminados de forma isolada. Com isto, os condicionado- res podem ser projetados especificamente para um ou mais tipos de dist´urbio, de acordo com a relevˆancia dos mesmos no processo, restringindo os custos agregados `a sua compensa¸c˜ao.
A seguir, ser˜ao discutidos os principais avan¸cos e impactos da eletrˆonica de potˆencia, bem como algumas solu¸c˜oes para QEE atrav´es da aplica¸c˜ao de condicionadores de energia el´etrica.
1.3.1
Impactos da eletrˆonica de potˆencia
O avan¸co de novas tecnologias de interruptores de potˆencia ocasionaram um grande desen- volvimento de ´areas relacionadas com eletrˆonica industrial e de potˆencia. Hoje, s˜ao universais as aplica¸c˜oes da eletrˆonica de potˆencia em sistemas ou equipamentos industriais, comerciais ou mesmo residenciais, sejam elas de baixa potˆencia, como o reator eletrˆonico de uma lˆampada de 7W ou de elevada potˆencia, como os conversores CA-CC-CA de uma linha de transmiss˜ao HVDC. Entretanto, as mesmas caracter´ısticas t´ecnicas que possibilitaram o aparecimento de solu¸c˜oes importantes do ponto de vista das aplica¸c˜oes, trouxe algumas desvantagens em termos de consumo de energia el´etrica.
Como exemplo pr´atico, basta tomarmos os conversores de freq¨uˆencia vari´avel, hoje extrema- mente difundidos em praticamente todos os segmentos da ind´ustria, seja por possibilitar ajustes na velocidade ou no torque das m´aquinas utilizadas. Dentre outras vantagens, tais dispositi- vos tornaram o controle de m´aquinas operatrizes mais simples, robustos e mais econˆomicos do que no passado. No entanto, os estudos comprovam que os problemas causados pela opera¸c˜ao de tais conversores podem ser bastante negativos para a instala¸c˜ao ou sistema el´etrico onde o mesmo encontra-se conectado devido, por exemplo, `as elevadas taxas de distor¸c˜ao da forma de onda da corrente (recortes) que estes dispositivos provocam.
Entretanto, da mesma forma que as primeiras gera¸c˜oes de equipamentos baseados em eletrˆonica de potˆencia, quase sempre traziam algumas desvantagens do ponto de vista de QEE, j´a est´a se consolidando uma gera¸c˜ao de equipamentos capazes de extrair todas as vantagens da eletrˆonica e ainda garantir que estes se encaixem nas recomenda¸c˜oes e normas relacionadas `a QEE. Al´em disto, gra¸cas `a mesma eletrˆonica de potˆencia, hoje ´e poss´ıvel desenvolver con- dicionadores de energia especificamente para eliminar ou compensar determinados dist´urbios. Estes ´ultimos s˜ao usualmente chamados de Compensadores Eletrˆonicos ou mais recentemente Dispositivos Condicionadores de Energia. [3, 27]
A partir de diferentes pontos de vista, s˜ao discutidas a seguir algumas solu¸c˜oes para pro- blemas de QEE.
1.3.2
Solu¸c˜oes pelo lado do consumidor de energia (carga)
Uma vez que as recomenda¸c˜oes sobre qualidade de energia devem assumir em pouco tempo o status de normas, ´e de se esperar que consumidores devam adequar seus equipamentos ou instala¸c˜oes, por exemplo, para n˜ao serem tarifados por provocarem dist´urbios de QEE. Tal
adequa¸c˜ao pode se dar basicamente de duas formas, diretamente atrav´es da utiliza¸c˜ao de equi- pamentos que n˜ao provoquem dist´urbios ou instalando compensadores em suas instala¸c˜oes, de forma que os dist´urbios sejam minimizados e n˜ao se propaguem para o sistema de fornecimento de energia.
A) Foco nos Equipamentos
Como j´a mencionado, ´e praticamente um consenso que os equipamentos de ´ultima gera¸c˜ao devam provocar o menor n´ıvel de dist´urbios poss´ıvel em termos de QEE. A quest˜ao principal ´e como fazˆe-lo sem agregar complexidade e custo aos equipamentos dispon´ıveis.
Muitos trabalhos vem sendo realizados no ambiente acadˆemico e industrial, para desenvolver conversores e cargas eletrˆonicas com baixa DHT (Distor¸c˜ao Harmˆonica Total) e alto fator de potˆencia. Neste sentido, s˜ao de extrema valia as recomenda¸c˜oes das normas europ´eias (IEC, por exemplo) que tem como foco principal o projeto dos equipamentos.
B) Foco na Instala¸c˜ao
Considerando que mesmo que todos os equipamentos estejam dentro das especifica¸c˜oes re- comendadas, o conjunto destes em uma instala¸c˜ao industrial pode fazer com que os indicadores globais de qualidade excedam os limites permitidos, tornando necess´ario o uso de compensado- res nesta instala¸c˜ao. Assim como j´a acontece com o fator de potˆencia, onde os consumidores industriais s˜ao responsabilizados por sua compensa¸c˜ao ou pagamento de multas mensais, espera- se que em pouco tempo, estes mesmos consumidores sejam respons´aveis por n˜ao provocar ou propagar dist´urbios de QEE para o sistema de potˆencia.
Para mitiga¸c˜ao deste tipo de dist´urbio, v´arias solu¸c˜oes podem ser adotadas, dentre elas a instala¸c˜ao de filtros harmˆonicos passivos (LC), capacitores ou reatores controlados, filtros ativos de potˆencia com ou sem armazenadores de energia, etc.
C) Equipamentos ou Processos Sens´ıveis a dist´urbios de QEE
V´arios tipos de cargas ou processos produtivos podem ser extremamente sens´ıveis a dist´urbios de qualidade de energia, de forma que mesmo pequenos eventos no sistema de distribui¸c˜ao po- dem parar a produ¸c˜ao de uma ind´ustria. A solu¸c˜ao usual para casos deste tipo, ´e a aplica¸c˜ao de estabilizadores ou fontes ininterruptas de energia, `as custas do pr´oprio consumidor, a n˜ao ser que devidamente acordado em contrato com a concession´aria fornecedora de energia.
1.3.3
Solu¸c˜oes pelo lado do fornecedor de energia (fonte)
Assim como os consumidores poder˜ao ser responsabilizados por provocarem dist´urbios para o sistema de fornecimento, as concession´arias fornecedoras devem se responsabilizar por evitar a propaga¸c˜ao de eventuais dist´urbios de um PAC (Ponto de Acoplamento Comum) para outro, bem como fornecer energia nos melhores padr˜oes de qualidade ou dentro do acordado nos con- tratos de fornecimento.
Considerando apenas os sistemas de distribui¸c˜ao de energia, as solu¸c˜oes usuais s˜ao baseadas na instala¸c˜ao de banco de capacitores para manuten¸c˜ao de reativos e filtros sintonizados, princi- palmente para evitar a propaga¸c˜ao de harmˆonicos pelas redes. No entanto, muitos trabalhos j´a mostraram que em instala¸c˜oes ou PAC onde tanto a corrente, quanto a tens˜ao de fornecimento encontram-se distorcidas, a instala¸c˜ao destes dispositivos pode por exemplo, excitar freq¨uˆencias de ressonˆancia e prejudicar ainda mais o sistema.
As solu¸c˜oes atuais incluem a utiliza¸c˜ao de filtros ativos de potˆencia, os quais ser˜ao explorados nos pr´oximos cap´ıtulos, bem como associa¸c˜oes de filtros ativos e passivos (filtros h´ıbridos) e podem ser instalados pr´oximos aos PAC com problemas, ou distribu´ıdos ao longo dos ramais de distribui¸c˜ao, dependendo da necessidade.
1.3.4
Solu¸c˜oes sistˆemicas
Al´em das solu¸c˜oes isoladas ou locais que podem ser adotadas por consumidores ou forne- cedores de energia, espera-se tamb´em que nos pr´oximos anos a busca por solu¸c˜oes sistˆemicas seja acentuada. Acredita-se que por meio de pol´ıticas adequadas ou incentivos financeiros e fis- cais, fornecedores e consumidores de energia passar˜ao a investir na moderniza¸c˜ao dos sistemas el´etricos de forma a garantirem a continuidade, confiabilidade e qualidade da energia utilizada.
Neste sentido, as solu¸c˜oes mais promissoras parecem estar relacionadas com o desenvolvi- mento de fontes alternativas e renov´aveis de energia, as quais atrav´es de sistemas de gera¸c˜ao distribu´ıda, desde que devidamente regulamentados, podem contribuir para garantir a conti- nuidade e qualidade da energia el´etrica. Al´em disto, destacam-se os trabalhos desenvolvidos para consolidar as tecnologias FACTS (Flexible AC Transmission Systems), Custom Power [28] e mais recentemente, os FACDS (Flexible AC Distribution Systems), as quais ser˜ao bastante importantes para a manuten¸c˜ao da confiabilidade e solu¸c˜ao de problemas de QEE.