(*) Av. João de Camargo, n˚ 510 – INATEL – CEP 37.540-000, Santa Rita do Sapucaí, MG – Brasil Tel: (+55 35) 3471-9262 – Fax: (+55 35) 3471-9314 – Email: baratella@inatel.br
Versão 1.0 14 a 17 de agosto de 2011 Curitiba – Paraná
TEMA B. VIVENCIANDO O PRESENTE 4. EDUCAÇÃO, PESQUISA E DESENVOLVIMENTO NA ÁREA DE AUTOMAÇÃO PARA SISTEMAS ELÉTRICOS.
SUB-TEMA: A. PROGRAMAS DE FORMAÇÃO E ESPECIALIZAÇÃO DE RECURSOS HUMANOS PARA A ÁREA DE AUTOMAÇÃO NAS UNIVERSIDADES E CENTROS DE FORMAÇÃO.
UMA NOVA PROPOSTA DE CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO, LATU SENSU, EM AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS (CEASE).
Alexandre Baratella Lugli (*) Fernando P. Ayello
Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL Schweitzer Engineering Laboratories – SEL
RESUMO
Este artigo relata a elaboração, estrutura e proposta de um curso especificamente voltado para a automação de sistemas elétricos. Trata-se do CEASE – Curso de Especialização em Sistemas Elétricos que foi concebido através de um convênio firmado entre a empresa SEL - Schweitzer Engineering Laboratories e o INATEL - Instituto Nacional de Telecomunicações, com o foco principal em atender tanto as empresas de energia elétrica do país, como os demais usuários e operadores de sistema do mercado, como integradores, empresas de serviços e fabricantes. O curso terá ênfase em sistemas de supervisão, proteção, controle, medição e monitoramento de usinas, subestações e redes de distribuição. Também irá focar normas e procedimentos do setor, que impactam nos sistemas de supervisão, proteção e controle e na automação elétrica em geral.
A formação em engenharia com boa qualificação dos recém-formados está escassa atualmente e há uma grande dificuldade em encontrar engenheiros tanto com formação em automação, com experiência em geração, transmissão, distribuição e consumo de energia elétrica, como no controle de técnicas de supervisão e gerenciamento da energia elétrica. Este artigo será apresentado de forma a debater as necessidades do mercado evidenciando como o CEASE se dispõe a preparar uma mão-de-obra qualificada para atuar na automação de sistemas elétricos.
PALAVRAS-CHAVE
Educação, Pós Graduação, Automação de Sistemas Elétricos de Potência, Pesquisa. 1.0 - INTRODUÇÃO
A área de automação de sistemas elétricos, em geral, é uma área de constante atualização tecnológica e não existe no Brasil nenhum curso apto a formar e especializar profissionais do mercado para atuarem nesta área. Nas empresas concessionárias não existe consenso de como esta área deveria estar inserida dentro do organograma. Em alguns casos, existe uma área de automação separada, e em outros esta atribuição está inserida nas áreas de proteção, operação ou manutenção.
Mesmo nas empresas onde existe uma área de automação, a atuação desta não é abrangente como deveria ser. Ainda existem barreiras que impedem que as empresas tenham um organograma funcional que gere produtividade, eficiência e redução de custos. Com o advento da norma IEC61850, um típico exemplo da dificuldade de discernimento de atribuição de setores é o mapeamento das informações de um relé de proteção. Em algumas empresas é responsabilidade da área de proteção e em outras de automação, sem mencionar nas atribuições das áreas de manutenção.
Outro fato que deve ser considerado é que o perfil dos profissionais desta área é bastante diversificado, encontrando-se diversas formações e experiências anteriores. Tradicionalmente, engenheiros eletrônicos ou até mesmo analistas de sistemas atuavam na área de supervisão de subestações. Este pessoal era responsável pelas UTR´s (Unidades Terminais Remotas) que basicamente se limitavam a fazer aquisição de dados e enviá-las para um Centro de Operação Remoto. Este centro, em raríssimas empresas, realizava ações de telecomando e a
maioria se limitava a tele supervisão das subestações com o objetivo de eliminar operadores. Durante a evolução da tecnologia, as UTR´s começaram a entrar em obsolescência e os IED´s (Intelligent Electronic Devices) foram tornando-se cada vez mais importante à medida que iriam agregando mais funcionalidades. Com a possibilidade de se utilizar comunicação Ethernet diretamente nos IED´s, junto ao processo elétrico, as UTR´s praticamente se limitaram a trabalhar como concentradores de informações, exigindo maior conhecimento dos protocolos de comunicação.
Normalmente, as universidades brasileiras formam engenheiros eletricistas com ênfase em eletrotécnica, com ênfase em sistemas industriais ou de potência, em eletrônica (potência ou microeletrônica), em telecomunicações, em mecatrônica, e assim por diante. Na modalidade eletrônica, algumas universidades fornecem uma especialização em automação, porém voltada para processos industriais. Assim, não existe no Brasil, e talvez no mundo, nenhum curso que se propõe a capacitar engenheiros eletricistas e profissionais de áreas afins para atuarem especificamente na automação de sistemas elétricos de potência, seja em cursos de graduação ou pós-graduação.
A programação do CEASE (Curso de Engenharia em Automação de Sistemas Elétricos) foi elaborada de forma a preparar os engenheiros eletricistas de qualquer modalidade a entenderem o processo elétrico e, a partir daí, conhecerem o atual estado da arte da automação de sistemas elétricos com forte embasamento teórico a fim de preparar o aluno para futuras tecnologias desta área. O diferencial da metodologia de ensino do CEASE é que, além de ser um curso acadêmico, latu sensu, com duração de 360 horas, cerca de 40% da carga horária do curso será destinada a aula práticas. A idéia é que os alunos possam montar um sistema de supervisão, proteção e controle ao longo do curso.
Outro ponto importante a ser destacado é a participação ativa de um fabricante junto com ao programa. É uma das maneiras para um curso manter atualizado, pois os fabricantes detêm a tecnologia de última geração. Deve-se levar em consideração, principalmente para um curso de automação, os aspectos tecnológicos, evoluções de hardware e softwares, bem como experiências obtidas em projetos. A evolução da tecnologia é muito dinâmica nesta área e fatores como este devem ser considerados na elaboração de um curso com a proposta de formar equipes para trabalhos em automação elétrica. Portanto, o CEASE é um curso acadêmico, que mescla experiência prática em projetos de automação, aulas práticas e que se propõe a se manter atualizado e moderno a cada nova edição. Isto significa que a programação pode sofrer alterações ao longo dos anos.
2.0 - OBJETIVOS GERAIS DO CURSO E PÚBLICO ALVO
O INATEL tem como missão: formar profissionais competentes e socialmente responsáveis, construir o conhecimento e promover o desenvolvimento científico e tecnológico, contribuindo para o desenvolvimento regional e nacional.
O programa de pós-graduação lato sensu do INATEL foi criado e é desenvolvido para a atualização e a especialização de profissionais das áreas de telecomunicações, eletrônica, controle, automação industrial, informática e engenharia biomédica.
As áreas relacionadas aos cursos de especialização do INATEL passam por constante processo de evolução tecnológica, que ocorre a taxas muito altas. O dinamismo dessas áreas faz com que os profissionais precisem estar em constante processo de atualização para se manterem em sintonia com o estado da arte em sua área de atuação, satisfazendo os requisitos do competitivo mercado de trabalho.
Os cursos de especialização do INATEL contribuem com a engenharia nacional ao oferecer um mecanismo eficaz para a atualização permanente dos profissionais do setor, além de auxiliar profissionais interessados a ingressar em uma nova carreira, movimento muitas vezes necessário em função da cada vez maior integração entre as diversas áreas tecnológicas. (3)
Além disto, como o instituto está sediado em um pólo de tecnologia, esse programa de pós-graduação constitui, direta ou indiretamente, importante contribuição para o fortalecimento e a consolidação das empresas locais, com o consequente desenvolvimento econômico e social da comunidade local e regional.
Por outro lado, desde 2002, a Universidade SEL vem oferecendo cursos de Proteção e Automação para as empresas e vem colhendo críticas e sugestões a cada curso realizado. Também foi possível obter constatações e conclusões a respeito das necessidades do setor, aliada ao retorno dado pelos professores e também pelos próprios alunos. Assim, pôde-se chegar a uma conclusão sobre a necessidade de um curso de sólida formação acadêmica, com ênfase em parte prática e focada nas necessidades do setor elétrico. A referência (1) também reflete uma grande motivação para a elaboração do CEASE.
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• Proporcionar visão ampla e multidisciplinar em automação de sistemas elétricos de potência, abrangendo usinas, subestações e redes de distribuição de energia elétrica;
• Selecionar a instrumentação requerida para a automação usinas, subestações e redes de distribuição dos sistemas elétrico de potência;
• Projetar e implementar estratégias de controle para equipamentos de sistemas elétricos de potência; • Avaliar, em situações reais, a viabilidade econômica e técnica das possíveis alternativas de automação
para usinas, subestações e redes de distribuição de energia elétrica;
• Dominar os fundamentos das tecnologias e métodos empregados no campo da automação de sistemas elétricos;
• Aplicar e conhecer as principais normas regulatórias do setor, para aplicação no desenvolvimento de novas soluções e conceitos para a área.
O curso destina-se a profissionais graduados em Tecnologia ou Engenharia nas áreas de: Elétrica, Eletrônica, Telecomunicações, Automação e Controle, Computação ou similares, porém, é mais recomendado para pessoas que já tenham experiência no setor elétrico. A contribuição do curso é fornecer uma visão sistêmica de diversos tópicos, alicerçada nos sistemas elétricos de potência, nas tecnologias de informação para automação desses sistemas e na integração dos processos elétricos.
3.0 - CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
O curso de pós-graduação, latu sensu, em Engenharia de Automação de Sistemas Elétricos (CEASE) possui 360 horas de atividades presenciais (2) e está organizado em quatro módulos distintos que foram elaborados tendo-se em mente a figura 1 abaixo.
FIGURA 1 – Estrutura da Automação de Sistemas Elétricos (pirâmide mostrando quatro níveis). (1)
A figura 1 evidencia como é atualmente a estrutura de automação de um sistema elétrico em geral, e que serviu de base para a montagem das disciplinas do CEASE.
A pirâmide possui quatro níveis distintos, onde na base está localizado o processo elétrico, que são os equipamentos principais como transformadores, disjuntores, geradores, TC´s, TP´s, entre outros. No nível dois, estão os IED´s constituídos por relés de proteção, medidores, controladores, entre outros. No nível três, estão os equipamentos de comunicação e a rede de comunicação em si, como por exemplo, os gateways, plataformas computacionais, switches, rede de comunicação em si, com suas particularidades específicas. Finalmente, no último nível, tem-se o sistema de supervisão e controle, que são as IHM´s e sistemas SCADA.
Desta forma, o CEASE foi elaborado tende em mente quatro módulos principais, relacionados a seguir: Módulo I: Nivelamento para Automação de Sistemas de Elétricos.
O principal objetivo é de nivelar todos participantes nos conceitos básicos de engenharia que serão aplicados ao longo do curso. Haverá recapitulação de conceitos matemáticos, eletrônica e de sistemas de potência, onde será explicado o processo elétrico, um sistema de potência típico, seus principais equipamentos e esclarecer do por que fazer automação deste processo e quais os pontos principais a inserir na automação. As quatro disciplinas que serão ofertadas estão descritas de forma resumida abaixo.
Objetivo: Integrar e nivelar o aluno com relação aos conceitos matemáticos, como introdução aos fasores, números complexos, trigonometria, probabilidade e estatística básica e princípios da transformada Z. Além disto, também serão apresentadas ferramentas computacionais para simulação de cálculos.
Noções de Sistemas Inteligentes:
Objetivo: Prover noções de sistemas inteligentes e as principais técnicas utilizadas, como Redes Neurais, Lógica Fuzzy e Sistemas especialistas.
Integração e Nivelamento à Eletrônica Digital:
Objetivo: Integrar e nivelar o aluno com relação aos conceitos de eletrônica digital e processamento digital de sinais. Neste caso, os conceitos básicos de sistemas de numeração, portas lógicas, circuitos combinacionais e seqüenciais tornam-se necessários. De igual importância, serão os aspectos de processamento digital de sinais e técnicas de hardware de equipamentos utilizados na automação elétrica, como conversores A/D, filtragem digital, multiplexação, filtros digitais e analógicos. Nesta disciplina de nivelamento também se deve abordar as transformadas de Fourrier e LaPlace, bem como utilização de ferramenta computacional para simulação de processamento digital de sinais e filtros digitais.
Introdução ao Processo: Usinas, Subestações e Redes de Distribuição de Energia:
Objetivo: Introduzir o aluno aos processos elétricos e aos principais equipamentos básicos de operação dos principais equipamentos elétricos utilizados no nível 1 da automação, bem como ter conhecimentos dos parâmetros e pontos que normalmente são envolvidos na automação. Será feito uma comparação entre automação elétrica e automação de outros processos industriais.
Ao final deste módulo, os alunos estarão aptos a entenderem conceitos básicos de um sistema elétrico, seus principais componentes e ter um nivelamento na área de matemática e lógica booleana, focando para processamento digital de sinais.
Módulo II: Técnicas de Proteção, Controle Local, Medição e Monitoramento de Sistemas Elétricos.
Este módulo tem como objetivo apresentar os componentes de automação que estão acima dos equipamentos junto ao processo. São dispositivos que realizam as interfaces com o processo elétrico e se estruturam para uma integração num nível superior. Serão apresentados alguns conceitos básicos de proteção, medição e, principalmente, controle local. Também haverá a introdução das principais técnicas de automação adotadas em usinas e subestações elétricas, principalmente destacando o hardware que compõe as redes locais. Neste módulo, será fornecido o primeiro passo para os alunos montarem um sistema de supervisão, proteção e controle ao final do curso, pois neste módulo já se iniciará, em laboratório, a programação de proteção e controle em IED´s. As disciplinas e seus objetivos são descritas a seguir.
Elementos para Automação de Subestações:
Objetivo: Evidenciar os principais elementos para a automação de subestações elétricas como as interfaces, camadas físicas do modelo OSI e uma descrição de diversos componentes do nível dois e três como relés de proteção, RTU´s, medidores de energia, controladores bay, monitores de trafo, hubs, switches, roteadores, entre outros. Também são explorados as diferentes alternativas de arquiteturas para automação, sincronização de eventos, e alguns procedimentos de rede do ONS serão introduzidos.
Conceitos de Proteção, Medição e Controle de Sistemas Elétricos de Potência:
Objetivo: Fornecer conceitos de proteção, medição e controle de sistemas elétricos, onde será feita uma abordagem conceitual sobre filosofia de proteção de sistemas de Geração, Transmissão e Distribuição, bem como medição de faturamento, qualidade de energia e esquemas típicos de controle aplicados em subestações.
Ao final deste módulo, os alunos estarão aptos a conhecerem os conceitos de proteção, os elementos para automação de subestações elétricas e a realizarem projetos de integração entre esses elementos.
Módulo III: Técnicas de Redes Locais para Sistemas Elétricos:
Trata-se de um dos principais módulos do curso, onde será fornecida a grande ênfase a técnicas de redes locais, protocolos de comunicação, tomando-se como base que todo o hardware e arquiteturas já foram apresentados no módulo anterior. Terá grande ênfase em aulas práticas, com programação e exercícios em laboratório, incluindo a continuação das aulas práticas do módulo anterior, onde tendo-se um IED já programado, este será integrado em nível superior, podendo ser um gateway e/ou switch da rede local.
Redes Locais de Subestações:
Objetivo: Conhecer as técnicas de redes locais de subestações, onde se destacariam os seguintes tópicos: protocolo TCP/IP, análise de desempenho e planejamento de capacidades de redes, segurança de redes, redes wireless e redes ópticas, configuração de dispositivos de redes de computadores. Terá uma carga horária de aulas em laboratório, onde se prevê vinte e quatro horas na programação de switches.
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Protocolos de Comunicação e Norma IEC 61850:
Objetivo: Conhecer os principais protocolos de comunicação aplicados em automação elétrica industrial e energia. Serão abordados diversos tipos de protocolos com conceituação básica, características físicas e lógicas, além do que para os principais protocolos (DNP, IEC) serão ministradas aulas práticas, com Utilização do analisador de protocolo ASE2000 e mapeamento e integração de IED´s e switches. Em relação à norma IEC 61850, além de aspectos conceituais da norma, os exercícios práticos consolidarão o conhecimento para execução de novos projetos ou intervenções de manutenção em campo.
Ao final deste módulo, os alunos estarão aptos a entenderem conceitos de redes locais de comunicação entre os IED´s, conceitos de redes de sistemas elétricos e a realizarem o projeto e configuração de um sistema real.
Módulo IV: Sistemas de Supervisão, Proteção, Controle de Sistemas Elétricos de Potência.
Este módulo encerra a programação do curso e fornece ensinamentos para se conceber um sistema SCADA, baseando-se no fato que os conceitos principais do processo, IED´s para proteção, controle, medição e monitoramento já foram concebidos. O aluno irá finalizar a elaboração de um sistema supervisório, em laboratório, onde irá integrar o IED programado no módulo dois, e o gateways/switches programado no módulo três ao sistema SCADA. O exercício consiste em construir pelo menos um bay e possibilitar que na tela do supervisório construído, se possa realizar comando de abrir/fechar disjuntor, bem como leitura de status deste equipamento. Um exemplo de sistema supervisório completo será apresentado pelo professor. Este módulo também irá realizar abordagens sistêmicas e apresentar outros sistemas usuais no setor elétrico e que podem acompanhar a automação, como conceitos de sincrofasores, esquemas de emergência, oscilografia, monitoramento de equipamentos, entre outros.
Sistemas de Supervisão, Proteção e Controle de Subestações:
Objetivo: Conhecer sistemas de supervisão elétricos.
Nesta disciplina, os alunos deverão conhecer os sistemas SCADA como supervisão, gráficos, relatórios de falhas, alarmes e soluções para subestações. Ambiente, plataforma e banco de dados. Serão também configurados e testados exemplos de Automatismos em Subestações, como por exemplo, a configuração de uma TAL (Transferência Automática de Linha).
Sistemas de Supervisão Complementares para Subestações:
Objetivo: Conhecer sistemas de supervisão complementares aplicados às subestações elétricas. Nesta disciplina serão abordados tópicos importantes como sistema de coleta de oscilografias para central de análise de perturbações, um sistema de monitoramento de subestações para central de manutenção de equipamentos, com aulas práticas de sistemas existentes.
Também serão apresentados os esquemas de emergências usualmente empregados no SIN como ERAC, ECE/ECS e exemplos de esquemas de Load Shedding industriais. Também foi previsto introdução a medição fasorial e arquiteturas Wide Area.
Tópicos especiais para sistemas de automação para subestações:
Objetivo: Abordar alguns tópicos avançados relacionados aos sistemas elétricos.
Nesta disciplina, serão apresentados tópicos complementares a formação de um profissional de automação de sistemas elétricos, onde um dos pontos a ser discutido será a normalização e procedimentos usualmente adotados no setor energético. Por exemplo, prevêem-se informações a respeito de certificações sobre INMETRO, KEMA, homologações do CEPEL, procedimentos de rede e da Petrobrás, além de resoluções da ANEEL, que possam interferir no andamento dos projetos de automação.
Projetos de Sistemas de Automação e Controle de Subestações:
Objetivo: Realizar e apresentar trabalho de conclusão de curso de cunho científico.
Orientação e explanação para execução do TCC, como requisito para a conclusão do curso. O Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) terá um prazo de 90 dias corridos para ser executado. (2)
Ao final deste módulo, os alunos estarão aptos a entenderem os conceitos de sistemas supervisórios, realizarem projetos integrando todos os módulos e conteúdos vistos ao longo do curso e conhecerem as regulamentações do setor elétrico.
4.0 - METODOLOGIA DO CURSO E INTERDISCIPLINARIDADE
Os cursos do programa de pós-graduação lato sensu do INATEL são presenciais, com carga de estudo fora da sala de aula significativa.
As aulas presenciais são atividades para informação, apresentação e discussão de conteúdos programáticos, aproveitando-se tanto a experiência docente nos temas quanto a experiência profissional dos estudantes. As
discussões em sala de aula são oportunas para a integração entre a teoria exposta pelos docentes e a experiência prática dos estudantes. (2) (3)
As atividades e estudos indicados para fora da sala de aula (resolução de listas de exercícios, desenvolvimento de projetos, elaboração de relatórios, TCC) têm por objetivos aprofundar e explorar conceitos e conhecimentos discutidos em sala, além de expor os estudantes à aplicação desses conhecimentos. (3)
O trabalho de conclusão de curso (TCC) é uma atividade orientada para a integração e aplicação dos temas estudados nos cursos.
A interdisciplinaridade nos cursos tem sido buscada e realizada de três formas, especificamente: (3)
• Através do planejamento dos módulos de estudo e do conjunto de suas disciplinas. Nesse planejamento, sob a orientação do Coordenador do curso, todos os docentes discutem a organização didática dos módulos de estudo e de todas as suas disciplinas.
• Através das disciplinas denominadas de “Teórico-práticas” cujas atividades são planejadas para integrar conteúdos de diferentes disciplinas às vivências práticas dos alunos no mercado de trabalho.
Os resultados alcançados são relevantes e indicam também a necessidade de desenvolver esses caminhos e experimentar outros.
5.0 - CONCLUSÃO
Esse trabalho permite mostrar a concepção, criação, implantação e realização de um curso inovador de pós graduação, latu sensu, aplicado ao setor elétrico nacional.
No trabalho, a visualização, as características e os objetivos de cada disciplina separadamente e do curso como um todo foram evidenciadas e explanadas. A metodologia de trabalho, a justificativa do curso, a confecção do trabalho de conclusão do curso (TCC) e os objetivos gerais foram explanados de forma simples e concisa.
Vários serão aqueles que poderão se beneficiar com o CEASE: empresas de energia elétrica poderão ter uma opção de treinar seus profissionais num curso prático e atualizado, profissionais ligados a área de sistemas elétricos tem a opção de realizar um curso inovador focado para a automação, supervisão e controle de sistemas elétricos e a universidade poderá, ao término do mesmo, desenvolver trabalhos de conclusão de curso, de cunho científico, e que contribuirão para o desenvolvimento na área acadêmica.
6.0 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
(1) GRICE, A., PEER, J. M. and MORRIS, G. T. Today’s Aging Workforce – Who Will Fill Their Shoes? Tacoma Power and SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) University article, 2010, 1-9p.
(2) Resolução do ministério da educação do governo federal, número 1, de 08 de Julho de 2007 – CNE/CES 1/2007. Brasília, Brasil. Normas para funcionamento de cursos de pós graduação, latu sensu, em nível de
especialização.
(3) Regulamento interno dos cursos de pós graduação, latu sensu, do INATEL, Julho de 2010. Santa Rita do Sapucaí/MG, Brasil.
7.0 - DADOS BIOGRÁFICOS
Alexandre Baratella Lugli (*): nasceu em Bragança Paulista, SP em 8 de agosto de 1981, é formado em técnico de eletrônica pela ETE-FMC, em Santa Rita do Sapucaí, em 1999, engenheiro eletricista pelo INATEL, em 2004, mestre em Automação e Controle Industrial pela UNIFEI, em 2007 e atualmente é doutorando pela mesma instituição. Coordenou e gerenciou projetos na empresa SENSE Eletrônica, durante 1999 a 2008 e, atualmente, é professor do INATEL, coordenador dos cursos: superior de tecnologia em automação industrial e pós graduação, latu sensu, em Engenharia Eletroeletrônica, Automação e Controle Industrial, além do curso de pós graduação, latu sensu, em Automação de Sistemas Elétricos (CEASE), do INATEL. É consultor técnico de projetos pelo INATEL Competence Center. Possui dois livros e diversos artigos nacionais e internacionais publicados.
Endereço: Av. João de Camargo, 510 – Bairro INATEL – Santa Rita do Sapucaí/MG. Telefone: (35) 3471-9262 – ramal 262. Email: baratella@INATEL.br
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Fernando P. Ayello: Engenheiro Eletricista pela Universidade Municipal de Taubaté em 1981, com Mestrado em Ciências de Engenharia Elétrica pela UNIFEI em 1985 e pós graduado em Marketing pela FGV em 2000. Exerceu atividades profissionais na CPFL, ABB e Schneider. Atualmente é Diretor Geral da SEL - Schweitzer Engineering
