PQSYS: Sistema Wireless Universal de Coleta e
Monitoração para Medidores de QEE.
Se Un Ahn
Camilla P. Nakanami
Appitec / Kron Medidores seunster@gmail.com CPFL Energia cnakanami@cpfl.com.br
Felipe Pregolatto
Sigmasys Engenharia comercial@sigmasysengenharia.com.br
Resumo Apresentação de um sistema de monitoramento de grandezas e indicadores de QEE denominado PQSYS, composto de um dispositivo hardware conectado em um equipamento de medição que coleta e transmite os dados registrados para um servidor via 3G/ GPRS/ Wi-fi/ Ethernet; e software módulo PQSYS para processamento e análise. Os dados são armazenados em um servidor e acessível via software PQSYS em tempo real. A consulta dos dados históricos é feita através de um browser (navegador). Nos testes realizados em campo nos consumidores locados na área de concessão das distribuidoras do Grupo CPFL foram utilizados medidores de QEE Multi-K-NG da KRON. A integração do referido medidor e o sistema de monitoramento PQSYS foi efetivo e resultou em ações corretivas imediatas.
Palavras-chaves medição de QEE, monitoramento, wireless, hardware, software, PQSYS.
I. INTRODUÇÃO
Em 2008, em contraste aos indicadores e padrões de desempenho já estabelecidos para as instalações de geração e transmissão de energia elétrica no sistema interligado nacional (SIN), a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) publicou para o sistema de distribuição de energia elétrica, os Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – Prodist [1].
Na sua primeira versão, em especifico ao módulo 8 – Qualidade do Produto, o procedimento supracitado incorporou as disposições concernentes à resolução ANEEL no 505/2001 e, adicionalmente, precursor, contemplou os
fenômenos relativos à qualidade do produto atinentes a tensão de fornecimento: harmônicos, desequilíbrio de tensão, flutuações de tensão e variações de tensão de curta duração. Adjunto, foram estabelecidos concomitantemente os critérios de amostragem e os valores de referência dos fenômenos especificados, concisos e alusivos a outras regulamentações vigentes.
Em 2013, a ANEEL por meio do Superintendente de Licitações e Controle de Contratos e Convênios, tornou público o Pregão Eletrônico no 46/2013 vislumbrando a contratação de consultoria especializada para suporte ao aperfeiçoamento da regulamentação sobre qualidade do produto. No escopo a ser desenvolvido pela contratada, abordava-se a elaboração de procedimentos para acompanhamento das distribuidoras dos fenômenos de qualidade do produto vislumbrando avaliar a necessidade de realização de medições eventuais ou permanentes para acompanhamento dos indicadores.
Vislumbrando ampla participação da sociedade nas suas decisões, em 2014 a ANEEL submeteu à Consulta Pública no 18/2014 para obter subsídios à revisão do módulo relativo à Qualidade do Produto para a regulamentação dos fenômenos supracitados. Peculiarmente, tal consulta possibilitou retomar os preceitos estabelecidos pela ANEEL sobre os questionamentos sobre as disposições transitórias referentes à instauração das campanhas de medições.
Em Nota Técnica, foram asseveradas as disposições a respeito de tais campanhas, em que se considerou previamente a realização destas, a análise das informações já existentes de medições realizadas por várias distribuidoras e o desempenho dos equipamentos diante dos alusivos fenômenos.
Entretanto, mesmo não instituindo efetivamente a realização das campanhas de medições em âmbito geral para obter um diagnóstico antecedente dos alusivos fenômenos nos sistemas de distribuição e assentamento de valores limites em regulamentação, a prática de medição eventual e permanente será necessária para uma ação preventiva e corretiva dos problemas sistêmicos de qualidade da energia elétrica (QEE).
Porém, tais medições abarcaM o monitoramento em pontos distintos do sistema elétrico de distribuição o que corrobora para o diagnóstico tardio dos referidos problemas devido à coleta morosa dos dados registrados. Adjunto, estas medições resultam em uma quantidade significativa de dados para análise ulterior.
II.ESTADO DA ARTE
Atualmente, as distribuidoras possuem recurso humano restrito para a alusiva análise e os equipamentos de medição são de fabricantes diversos com softwares de análise distintos, o que tem dificultado uma análise padronizada das grandezas e indicadores supraditos, quando da realização de medições eventuais ou campanhas de medição periódicas. Neste contexto este trabalho apresenta um Sistema de Monitoramento de QEE, denominado de sistema PQSYS, composto por um dispositivo de coleta e transmissão wireless e um software, o qual processa os dados registrados pelos equipamentos de medição de QEE e os apresenta graficamente.
O objetivo principal deste trabalho é apresentar as características, relacionadas à compilação gráfica, e as funcionalidades do alusivo sistema. A efetividade destas funcionalidades será evidenciada através de testes em campo, realizados em dois consumidores industriais do setor
alimentício localizados nas áreas de concessões das distribuidoras do Grupo CPFL Energia, em que os dados registrados provenientes desses consumidores foram monitorados e analisados concomitantemente de 4 cidades distintas. Adjunto, esta efetividade também será evidenciada através da utilização do referido sistema em um consumidor industrial ulterior, do ramo de embalagens, que adquiriu o sistema PQSYS e 2 equipamentos de medição para monitoramento interno de sua instalação.
III.SISTEMA PQSYS
O sistema PQSYS é constituído por um hardware que permite a coleta e a transmissão wireless dos dados registrados pelo equipamento de medição (Fig. 01), e por um software que realiza o processamento dos referidos dados, apresentando-os graficamente tanto em regime permanente quanto em regime transitório.
A principal funcionalidade deste sistema é a sua conformação a qualquer equipamento de medição independente de fabricante, sendo necessária somente a utilização de um conversor de registro. Neste trabalho, para o teste do sistema supracitado, foram utilizados 3 equipamentos de medição, sendo um deles o modelo Multi-K-NG do fabricante KRON Medidores.
A. Desenvolvimento do Hardware PQSYS.
O hardware do sistema PQSYS foi concebido e desenvolvido pela Sigmasys Engenharia para atender as necessidades das distribuidoras e dos consumidores industriais para fins de monitoramento das grandezas elétricas e dos indicadores de QEE, além de suportar a conexão entre diversos tipos de equipamentos.
Fig. 01 – Placa do dispositivo PQSYS
O AIW-A31S é conjunto de hardware que permite alimentação na faixa de 80 V a 600 V AC e tem autonomia para falta de energia de até 2 horas, utilizando uma bateria de Li-Po. Utiliza sistema operacional Linux embarcado, uma versão desenvolvida para o conjunto. O processador utilizado é da família Cortex-A7 ARM de quatro núcleos com 1.5 GHz.
Atualmente o hardware está na sua quarta versão. Estima-se que o módulo poderá Estima-ser comercializado por menos de
50% do valor de um medidor Classe S, ou poderá ser adquirido por sistema de leasing, como parte de serviços.
B. Módulo PQSYS.
O módulo do sistema PQSYS apresenta um sistema de processamento, memória e transmissão wireless dos dados registrados. As particularizações técnicas do módulo são:
Processador QuadCore 1.5Ghz X4 (pode ser o servidor do PQSYS web);
Sistema operacional Linux;
Memória Interna 4GB;
Memória para expansão até 32GB MicroSD;
Sistema de comunicação: 3G/4G/GPRS;
Sistema Wireless: Wi-fi B/G/N
Portas disponíveis para comunicação: RS-232, 485 e UART x1; RJ-45; HDMI;
Sistema de localização via GPS;
USB 2.0 – 2 portas High-Speed 480mb/s.
Fig. 02 – Tela do PQSYS de 7 polegadas
Qualquer tablete, smartphone ou PC permite realizar um check-list durante a instalação do equipamento de medição e a realização de leitura de dados no local. A coleta e a transmissão wireless dos dados medidos e registrados são realizadas de forma contínua e depende unicamente da disponibilidade de sinal Wi-fi ou GPRS. Ressalta-se que na falta de sinal de comunicação entre o hardware e o servidor de armazenamento dos dados, os registros são armazenados na memória do hardware. A conexão sendo reestabelecida os dados é sincronizada com o PQSYS.
O sistema PQSYS permite também, no mesmo módulo e no mesmo software de análise, sensores de dados de outros equipamentos. Por exemplo, pode-se acrescentar um equipamento de Estação Meteorológica local e associar a sua utilização nas análises das ocorrências, tais como, ventania ou temporal no período da ocorrência de eventos registrados.
C. Característica do Software PQSYS.
O software PQSYS, contempla todas as exigências regulamentares determinadas pelo órgão regulador concernente aos fenômenos relacionados à QEE.
As principais características do software são: visualização amigável tipo cockpit, análise completa dos indicadores recomendados e regulamentados, e uma análise histórica dos registros armazenados. Ressalta-se que o software PQSYS fornece uma visualização gráfica de todos os registros armazenados em servidor de dados, os quais podem ficar arquivados por até 2 anos.
A página inicial do software é configurável em função da utilização do usuário e contempla as principais grandezas: tensão, corrente, flutuação de tensão, fator de potência, potência (ativa, reativa e aparente), desequilíbrio, harmônica de tensão e corrente, frequência e uma lista dos principais eventos ocorridos no período de monitoração. A Fig. 03 apresenta um modelo padrão de cockpit.
Fig. 03. Tela de cockpit inicial do sistema PQSYS.
Para as análises expeditas, o sistema fornece também gráficos de visualização das grandezas. A Fig. 04 apresenta um histograma de tensão.
Fig. 04 - Histograma de Tensão do sistema PQSYS.
Os valores registrados associados à distorção harmônica de tensão e aos demais fenômenos de QEE também são apresentados de forma gráfica pelo software e podem ser exportados no formato txt ou em arquivos JPG, PNG, SVG e PDF
.
A Fig. 05 apresenta um gráfico de uma medição em quesão apresentados os valores de THD_V (Distorção harmônica Total da Tensão). Ressalta-se que o sistema também disponibiliza, graficamente, as harmônicas individuais de tensão diárias e semanais.
Fig. 05 - Distorção Harmônica Total da Tensão do sistema PQSYS Os eventos associados às Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD) são apresentados graficamente em uma curva CBEMA, conforme apresentado na Fig. 06, possibilitando uma análise do potencial de queima ou dano de dispositivos instalados na rede de distribuição ou internamente aos consumidores industriais. Esse gráfico possibilita consultar os detalhes de cada evento e acessá-los em uma planilha padrão.
Fig. 06 - Distorção Harmônica Total da Tensão do sistema PQSYS.
Finalmente, o sistema PQSYS tem um módulo de alarme que pode enviar uma mensagem via celular ou e-mails aos usuários cadastrados no sistema quando da existência de uma transgressão nos limites dos indicadores ou na ocorrência de um evento específico. Adjunto, o software mencionado permite a visualização de grandezas e indicadores distintos em um único gráfico, possibilitando a realização de análises diversas.
D. Medidor Multi-K-NG da KRON.
Nesse trabalho, o equipamento de medição modelo Multi-K-NG do fabricante KRON Medidores (Fig. 07) foi utilizado justamente pelo desempenho efetivo em campanhas de medições ulteriores realizadas nas distribuidoras do Grupo CPFL e em outras distribuidoras do setor elétrico brasileiro. Portanto, em cooperação, sem gravame, a KRON Medidores disponibilizou à Sigmasys o referido equipamento de medição. Adjunto, disponibilizou o seu protocolo de registro, para fins de conformação do sistema PQSYS [3 e 4]. Dentre as características principais do Multi-K-NG, destaca-se a sua facilidade de instalação e parametrização, o que propicia respectivamente maior segurança às equipes das distribuidoras e agilidade. Em relação aos vários parâmetros registrados em memória de massa pelo referido equipamento destacam-se:
As grandezas básicas: Tensão, corrente e potências;
Afundamentos de tensão;
Elevação de tensão;
Interrupção de tensão;
Flutuação de tensão;
Desequilíbrio de tensão;
Harmônicas de tensão até a 40a ordem;
Distorção total de tensão e corrente;
Harmônicas de corrente impares até 25ª ordem; no caso apenas os valores sem a integração, pois não são contempladas nos protocolos de medição;
Fator de potência real e de deslocamento.
Fig. 07. Medidor Multi-K-NG Classe S da KRON Medidores.
Ressalta-se que o Multi-K-NG possui a capacidade de fornecer as informações processadas conforme solicitado pelo PRODIST. Adjunto, possui a capacidade de armazenamento de dados por um período mínimo de duas semanas consecutivas.
IV-TESTE DE UTILIZAÇÃO.
Para realização do teste de integração do Sistema PQSYS e do Multi-K-NG foi acordado e selecionado dois consumidores industriais A e B, situados na área de concessão das distribuidoras do Grupo CPFL Energia. Os consumidores industriais são do setor alimentício e estão localizados a aproximadamente a 300 quilômetros da cidade de Campinas.
Através do sistema wireless de comunicação do sistema PQSYS foi possível um monitoramento efetivo dos referidos consumidores concomitantemente de 4 cidades distintas: Piraju, Sorocaba, Jundiaí e Campinas. Adjunto, devido à disposição dos dados registrados em tempo real foi possível analisar graficamente todas as grandezas e indicadores disponíveis no software PQSYS de forma padronizada.
A Fig. 08 e 09 apresentam, respectivamente, os registros da tensão nos consumidores A e B:
Fig. 08. Tensão no Consumidor industrial A.
Fig. 09. Tensão no Consumidor industrial B.
A Fig. 10 apresenta uma foto do hardware PQSYS primeira versão, instalados nos consumidores A e B. Informa-se que o medidor utilizado foi Multi-K-NG da KRON.
Fig. 10. Equipamento hardware PQSYS primeira versão instalados nos consumidores A e B.
Posteriormente à realização dos testes de integração, o sistema PQSYS juntamente com 2 equipamentos de medição foram adquiridos por um consumidor industrial do ramo de
embalagens. A utilização no sistema PQSYS possibilitou a implantação de diversas ações internas que resultaram no:
Alarde dos problemas relacionados à energia elétrica fornecida e o seus impactos na produção do referido consumidor industrial.
Identificação dos problemas ou falhas de ajustes em equipamentos internos;
Detecção dos equipamentos internos sensíveis às variações de tensão.
Instalação do módulo de comando para equipamentos elétricos e monitoramento interno das grandezas elétricas e dos indicadores de QEE.
Ressalta-se que posteriormente a instalação do sistema PQSYS no referido consumidor industrial as reclamações para a concessionária local reduziram, devido o alarde e a identificação de problemas internos da instalação. Adjunto, o alusivo sistema possibilitou ao monitoramento interno das grandezas elétricas e dos indicadores de QEE.
A Fig. 11 apresenta uma foto do equipamento de medição e do hardware PQSYS instalado no consumidor do ramo de embalagens. Medidor Power Instruments, ION 7650.
Fig. 11. Equipamento de medição e hardware PQSYS instalado no consumidor do ramo de embalagens.
V.CONCLUSÃOERECOMENDAÇÃO.
Para uma ação preventiva e corretiva dos problemas sistêmicos de QEE é necessária a prática de medições eventuais e permanentes concomitantes. Entretanto, tanto as distribuidoras quanto os consumidores industriais possuem equipamentos de medição de modelos e fabricantes diversos o que corrobora para uma análise não padronizada.
Com os testes de utilização do sistema PQSYS nos consumidores industriais alocados na área de concessão das distribuidoras do Grupo CPFL foi possível verificar a conformação do referido sistema com o medidor Multi-K-NG e monitorar concomitante os 2 consumidores de 4 cidades distintas. Adjunto, possibilitou uma análise padronizada e efetiva das grandezas e dos indicadores de QEE dos alusivos consumidores, permitindo uma atuação eficaz das equipes locais.
Finalmente, os resultados provenientes da utilização efetiva do sistema PQSYS em um consumidor industrial do ramo de embalagens consolidou as funcionalidades operacionais do sistema reminiscente.
Recomenda-se a utilização do sistema PQSYS para as empresas que possuem equipamentos de medição de modelos e fabricantes diversos que pretendem monitor as grandezas e os indicadores de QEE em tempo real, sem coleta morosa dos
dados e atuação efetiva quando de detecção de problemas sistêmicos.
REFERÊNCIAS
[1] ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica, “Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST – Revisão 4”, 01 de fevereiro de 2012;
[2] CPFL Energia – GED 10099 - Requisitos para Conexão de Cargas Potencialmente Perturbadoras ao Sistema Elétrico da CPFL – Norma Técnica 2012.
[3] Nakanami, C. P.; Carvalho F°, O. M.; Ahn, S. U.; Bortolotti, J. L.; e Oleskovicz, M. - “Campanha de Medição de Qualidade de Energia Elétrica, Enfoque da Distribuidora”, X CBQEE 2013;
[4] De Grandi, A. L. Z.; Siqueira, M. J. V.; Pereira, I.; Bortolotti, J. L.; e Ahn, S. U. - “Campanha de Medição da Qualidade da Energia Elétrica em 13,8 kV com enfoque Industrial”, X CBQEE 2013.
