PROTECTION ASPECTS UNDER THE CONTEXT OF DISTRIBUTED GENERATION IN BRAZIL
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/pa10202412051531
Murilo Luiz Ribeiro1
Ronaldo Gomes Figueira2
Resumo:
Este trabalho tem por objetivo analisar os requisitos de proteção exigidos pela distribuidora, quando do acesso de GD FV com conexão em baixa tensão. Foi realizada a pesquisa bibliográfica com foco em normas de proteção – Modulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), elaborados pela ANEEL e o Manual de Distribuição (ND-5.30) de acesso de micro e minigeração distribuída, elaborada pelo grupo de distribuição de energia Cemig Distribuição (CEMIG D). Conclui-se que a Geração Distribuída no Brasil vem se destacando no crescimento do sistema fotovoltaico. É necessário o conhecimento dos componentes de proteção e suas funções para conexão de sistemas fotovoltaicos de baixa tensão, garantindo a segurança no sistema de geração e distribuição.
Palavras-chave: Geração Distribuída. Proteção de Sistemas Elétricos. Sistemas fotovoltaicos. Tarifa solar. Energia solar.
Abstract:
The aim of this work is to analyze the protection requirements demanded by the distributor when accessing GD FV with a low voltage connection. Bibliographic research was carried out focusing on protection standards – Module 3 of the Electricity Distribution Procedures in the National Electric System (PRODIST), drawn up by ANEEL and the Distribution Manual (ND-5.30) for access to distributed micro and mini generation, drawn up by the energy distribution group Cemig Distribuição (CEMIG D). It can be concluded that Distributed Generation in Brazil has excelled in the growth of photovoltaic systems. Knowledge of the protection components and their functions is necessary for connecting low-voltage photovoltaic systems, guaranteeing safety in the generation and distribution system.
Keywords: Distributed Generation. Electrical Systems Protection. Electric Power Systems. Photovoltaic systems. Solar tariff. Solar energy.
1 INTRODUÇÃO
A energia elétrica é fundamental para a sociedade atual e devido ao crescimento populacional dos países, bem como o seu desenvolvimento, a demanda de energia mostra-se crescente. Com isso, novos meios para produção de energia elétrica precisam ser descobertos ou explorados, utilizando formas seguras e sustentáveis (LUIZ, 2012).
Geração Distribuída (GD) surgiu após a evolução do estudo do efeito fotovoltaico, que é a conversão de radiação eletromagnética em energia elétrica (LUIZ, 2012)
GD é o termo dado à geração de energia elétrica através de sistemas geradores que ficam próximos ou até mesmo na própria unidade consumidora. É válida para diversas fontes de energia renováveis como energia solar, eólica, hídrica etc.
A definição da GD, no Brasil, foi decretada após a criação do Artigo 14° do Decreto- Lei nº 5.163 de 2004. Mas só ganhou visibilidade a partir do dia 17 de abril de 2012, quando entrou em vigor a Resolução Normativa ANEEL nº 482/2012 (ANEEL, 2022a).
A GD que vem ganhando mais atenção é a solar fotovoltaica (FV). Mesmo assim, o sistema fotovoltaico não é acessível para todos, pois a maioria dos equipamentos são importados e suas tecnologias relativamente recentes, tornando o investimento um pouco elevado.
Para ajudar no crescimento da Geração Distribuída, o Ministério de Minas e Energia (MME) criou o Programa de Desenvolvimento da Geração Distribuída (ProGD), que tem por finalidade estimular a geração de energia, voltados para sistemas fotovoltaicos, através de investimentos (SILVA, 2018).
Mesmo a GD apresentando uma crescente mundial devido aos inúmeros benefícios, tais como, a utilização de fontes renováveis, a redução de impactos ambientais e a redução de perdas na distribuição e transmissão, precisa ser levado em consideração que a mesma pode interagir de forma prejudicial à rede em que está instalada, com curtos-circuitos, sobrecargas e sub e sobre tensões (LUIZ, 2012).
Para FILHO (2013) os curtos-circuitos, as sobrecargas e as sub e sobre tensões poderão ter consequências irrelevantes ou desastrosas, dependendo do sistema de proteção preparado.
A pergunta de pesquisa é: o que é necessário fazer para combater as falhas dos sistemas de geração e distribuição?
Se mostra de grande importância o estudo das proteções exigidas para os sistemas de GD, garantindo a segurança e a confiabilidade dos sistemas de produção de energia elétrica. A adoção de medidas preventivas, como dispositivos de proteção contra sobre tensões, curtos-circuitos e falhas de isolamento, é essencial para evitar riscos e prejuízos. Portanto, é fundamental que os sistemas de geração distribuída sejam projetados e operados levando em consideração os aspectos de proteção, a fim de garantir a segurança e a eficiência desses sistemas (WAENGA, 2016).
Este trabalho tem por objetivo analisar os requisitos de proteção exigidos pela distribuidora, quando do acesso de GD FV com conexão em baixa tensão. Foi realizada a pesquisa bibliográfica da GD no Brasil, mostrando informações relevantes no que tange ao arcabouço regulatório atual exigidas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
Foi utilizada a base de dados do Google Acadêmico (Geração Distribuída, Proteção de Sistemas Elétricos, Sistemas fotovoltaicos), o Modulo 3 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), elaborados pela ANEEL. O Manual de Distribuição (ND-5.30) de acesso de micro e minigeração distribuída, elaborada pelo grupo de distribuição de energia Cemig Distribuição (CEMIG D).
2 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA NO BRASIL: UM PANORAMA GERAL
Para acompanhar o avanço da geração distribuída a Empresa de Pesquisa Energética (EPE) elabora e publica o Balanço Energético Nacional (BEN). Anualmente é divulgado a oferta e consumo de energia no Brasil, extração de recursos energéticos primários, sua conversão em formas secundárias, a importação e exportação, a distribuição e o uso final de energia (EPE).
Conforme ANEEL (2022a), o Brasil ultrapassou a marca de 10 gigawatts de potência instalada em micro e minigeração distribuída de energia elétrica. Ainda segundo a entidade, a fonte mais utilizada para micro e minigeração distribuída, pelos consumidores brasileiros, é a solar fotovoltaica, com 910,6 mil micro e miniusinas e cerca de 9,9 gigawatts de potência instalada.
Os 10 gigawatts de potência instalada foi considerado um grande marco, já que em junho de 2019 o Brasil atingiu a marca de 1 gigawatts de potência instalada em micro e minigeração distribuída de energia elétrica (SOLARIZE, 2019).
Durante o período de implementação de políticas e programas de incentivos na geração distribuída, como a Resolução Normativa nº 482/2012 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e o Programa de Desenvolvimento da Geração Distribuída de Energia Elétrica (ProGD), permitiram que mais consumidores se tornem produtores de energia elétrica, utilizando fontes renováveis e contribuindo para a sustentabilidade do país (ANEEL, 2022b; SILVA, 2018).
Na Resolução Normativa nº 482/2012 permitiu que os consumidores pudessem gerar sua própria energia e, caso houvesse excedente, injetá-la na rede, recebendo créditos para serem utilizados posteriormente (ANEEL, 2022b). Incentivando a instalação de sistemas de geração distribuídas em residências, empresas e propriedades rurais.
O ProGD tem como objetivo estimular e ampliar a geração distribuída com fontes renováveis em residências, indústria, comércio, além de universidades e hospitais. A estimativa do Ministério de Minas e Energia que a geração de energia solar pelos próprios consumidores deverá movimentar mais de R$ 100 bilhões em investimentos até 2030 (SILVA, 2018).
A Figura 1 representa a evolução das fontes de geração distribuída durante os últimos 5 anos no Brasil. Observa-se que ocorreu um aumento gradativo ao longo dos anos de 2018 a 2022, sendo mais representativo entre os anos de 2021 e 2022.
Figura 1 – Evolução anual das fontes de geração distribuída.
Fonte: ANEEL,20XX.
Com o crescimento da geração distribuída fotovoltaica foi implementado a lei nº 14.300, popularmente conhecida como a “taxação do sol”. A partir de 2024 essa lei determina uma cobrança em alguns componentes da tarifa de energia, como o fio B (CPG, 2024).
O fio B é um componente da tarifa de energia elétrica relacionado ao uso da rede da concessionária, funciona como um “pedágio” para os produtores de energia onde precisam pagar para compensar a energia que injetam na rede (CPG, 2024).
A cobrança do fio B será feita de forma escalonada até 2029, quando novas regras serão estabelecidas pela ANEEL (CPG, 2024).
Além de prejudicar com a cobrança no fio B, a taxação do sol prejudicou também no payback de investimento do sistema fotovoltaico, aumentando o tempo de retorno do investimento do consumidor.
2.1 ASPECTOS LEGAIS NORMATIVOS RELACIONADOS A GD NO BRASIL
Com a implementação de sistemas fotovoltaicos à rede elétrica brasileira foi necessário a criação de normas e regulamentos específicos para garantir a qualidade e segurança no fornecimento de energia. Estas diretrizes são fundamentais para assegurar a qualidade da energia fornecida aos consumidores, a padronização e a segurança dos sistemas de geração e distribuição.
O PRODIST é um conjunto de normas e procedimentos estabelecidos pela ANEEL para padronizar as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica no Brasil (BASTOS, 2024).
No modulo 3 do PRODIST é estabelecido as condições de acesso ao sistema de distribuição, aplicáveis aos novos acessantes ou aqueles existentes que necessitem de alterações em suas conexões (BASTOS, 2024).
Conforme SILVA (2021), a CEMIG D é conhecida como um dos maiores distribuidores de energia elétrica no Brasil, com o seu maior foco no Estado de Minas Gerais. Para poder fazer parte do sistema de geração é necessário seguir as normas técnicas elaboradas pela CEMIG D.
Na norma ND-5.30 é estabelecido os critérios e procedimentos exigidos pela CEMIG D para conexão de microgeração distribuída em instalações de consumidores, atendidos com fornecimento em baixa tensão, que façam a adesão ao sistema de compensação (CEMIG D, 20XX).
3 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Está seção apresenta as informações da geração distribuída fotovoltaica, mostrando como é o seu funcionamento e o que é necessário para ter acesso ao sistema de geração e distribuição.
3.1 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Os sistemas fotovoltaicos são tecnologias que convertem diretamente a energia solar em eletricidade. As células fotovoltaicas, ou painéis solares (Figura 2) como são mais conhecidos, são compostas de materiais semicondutores com propriedades específicas que possibilitam a conversão da luz solar em energia elétrica (RODRIGUES, 2018).
A estrutura do painel solar é composta pela base superior (onde estão os contatos elétricos) onde faz a captação da luz que possibilita a coleta pela base inferior (onde estão os terminais elétricos), gerando a eletricidade (RODRIGUES, 2018).
Figura 2 – Painéis solares.
Fonte: Clean Canarian Energy, 20XX.
A montagem dos sistemas fotovoltaicos pode ser classificada em duas categorias principais:
O sistema on-grid é um sistema conectado à rede de distribuição de energia elétrica, onde utiliza a energia gerada e o excedente podendo ser injetado na rede elétrica (RODRIGUES, 2018).
O sistema off-grid é um sistema alimentado por baterias, onde as baterias são responsáveis por armazenar o excedente para utilizar nos momentos que a produção está baixa (RODRIGUES, 2018).
3.2 PROTEÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Está seção apresenta os equipamentos que compõem o sistema de proteção e suas características para conexão de acessantes ao sistema de distribuição, com conexão em baixa tensão.
Para poder ter acesso ao sistema de geração e distribuição é necessário elaborar um projeto elétrico, onde deverá conter o diagrama elétrico contemplando geração, carga e proteção. Desde o ponto de conexão com o sistema elétrico da concessionária até a unidade de geração.
Cada sistema de geração e distribuição contém um esquema e ligação contendo suas proteções específicas, a partir dos tipos de montagens.
Para os sistemas on-grid que utilizam inversores como interface de conexão, utilizar o esquema representado na Figura 3.
Figura 3 – Sistema on-grid através de inversor à rede de BT. Fonte: Elaborada pelo autor.
Para os sistemas off-grid, utilizar o esquema representado na Figura 4.
Figura 4 – Sistema off-grid à rede de BT. Fonte: Elaborada pelo autor.
Os equipamentos e as proteções utilizadas em sistemas on-grid com inversores são:
O inversor é um dispositivo responsável pela conversão de corrente contínua (CC) gerada por painéis solares em corrente alternada (CA) compatível com a rede. Essa conversão é necessária para permitir que a energia solar gerada pelos painéis seja usada em residências, empresas ou injetada na rede (ROQUETTO, 2024).
Ele também desempenha um papel importante no monitoramento e controle da geração de energia e na otimização do desempenho dos sistemas fotovoltaicos. Além disso, oferece proteção contra sobrecargas, picos de tensão e outros problemas elétricos que podem afetar o funcionamento dos painéis solares e dispositivos conectados (ROQUETTO, 2024).
O disjuntor é um componente de proteção instalado para interromper o fluxo de eletricidade em caso de sobrecarga ou curto-circuito do sistema. Desempenha um papel importante na segurança dos sistemas fotovoltaicos, ajudando a evitar danos nos equipamentos elétricos e a reduzir o risco de incêndio. Além disso, os disjuntores podem ser usados para desligar sistemas fotovoltaicos durante manutenções ou emergências (ROQUETTO, 2024).
A string box é um componente de um sistema fotovoltaico usado para conectar e proteger os cabos de painéis solares conectados em série, formando uma “string” de painéis. Este dispositivo serve para agrupar os cabos que saem dos painéis solares e encaminhá-los para o inversor, garantindo uma conexão segura e ordenada (ROQUETTO, 2024).
Ela também pode conter dispositivos de proteção como disjuntores, DPS e fusíveis para ajudar a proteger o sistema fotovoltaico contra sobrecargas, curtos-circuitos e picos de tensão. Esses dispositivos de proteção são essenciais para garantir a segurança e o bom funcionamento do sistema, evitar danos aos equipamentos e reduzir o risco de acidentes (ROQUETTO, 2024).
O DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é um componente de proteção projetado para proteger equipamentos elétricos e eletrônicos de surtos de tensão causados por raios, interferências elétricas e outras mudanças na rede elétrica (ROQUETTO, 2024).
Esse equipamento é instalado para proteger tanto os painéis solares como o inversor e outros componentes do sistema contra danos causados por picos de tensão. A instalação do DPS ajuda a garantir o funcionamento seguro e confiável do sistema fotovoltaico, prolongando a vida útil dos equipamentos e reduzindo o risco de falhas e interrupções na geração de energia (ROQUETTO, 2024).
O medidor é um dispositivo usado para medir a energia elétrica produzida por um sistema solar. Esses dispositivos são importantes para monitorar o desempenho do sistema e garantir que ele esteja funcionando corretamente (ROQUETTO, 2024).
Para sistemas de compensação de energia devem ser instalados medidores de energia bidirecionais e registradores independentes para determinar a energia ativa consumida e injetada na rede (ROQUETTO, 2024).
Os equipamentos e as proteções adicionais utilizadas em sistemas off-grid são: controlador, contator e bateria.
O controlador é o componente responsável por regular a potência da bateria e evitar sobrecargas e descargas excessivas. Ele controla o fluxo de corrente dos painéis solares para a bateria, garantindo a eficiência e durabilidade do sistema (RODRIGUES, 2018).
Além de regular a energia da bateria, o controlador de carga também pode monitorar a tensão da bateria, corrente de carga e descarga, temperatura e outras informações importantes para garantir o funcionamento do sistema fotovoltaico. Alguns controladores também possuem
recursos avançados como proteção contra curto-circuito, proteção contra inversão de polaridade e funções de temporização (RODRIGUES, 2018).
O contator é o componente responsável por controlar o fluxo de eletricidade em um circuito elétrico. É utilizado para “abrir” ou “fechar” remotamente um circuito, facilitando a operação do equipamento e a proteção contra sobrecarga (RODRIGUES, 2018).
A bateria é um componente usado para armazenar a eletricidade gerada pelos painéis solares quando não estiver em uso imediato. Dessa forma, a energia solar pode ser utilizada mesmo quando não há luz solar, como à noite ou em dias nublados (RODRIGUES, 2018).
Um novo dispositivo de proteção que vem se destacando na prevenção de incêndios residenciais e comerciais é o AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter), ou Disjuntor de Circuito por Falha de Arco (GALDINO, 2023).
A proteção AFCI é um dispositivo de segurança elétrica que ajuda a prevenir incêndios causados por arcos elétricos em circuitos elétricos residenciais. Ele monitora a corrente elétrica e desliga automaticamente o circuito quando detecta um arco elétrico perigoso. Isso ajuda a proteger a casa e seus moradores de incêndios causados por falhas elétricas (GALDINO, 2023).
No Brasil, a proteção AFCI ainda não é obrigatória em todos os circuitos elétricos, como é em alguns países, como o Estados Unidos. No entanto, a utilização de dispositivos de proteção contra arcos elétricos é altamente recomendada para aumentar a segurança dos sistemas (GALDINO, 2023).
4 CONCLUSÃO
A partir do objetivo proposto conclui-se que a importância e a evolução da Geração Distribuída no Brasil, onde vem se destacando no crescimento do sistema fotovoltaico.
Em detalhes os componentes necessários e suas funções para conexão de sistemas fotovoltaicos de baixa tensão, e dessa forma saber a importância da utilização das proteções nos sistemas de geração e distribuição de energia contra suas falhas elétricas.
Portanto, investir em proteções adequadas para sistemas fotovoltaicos é essencial para garantir a segurança, a eficiência, a durabilidade das instalações e contribuir para a sustentabilidade da geração de energia.
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1 Graduando do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade de Araraquara – UNIARA. Araraquara-SP. E-mail: murilo.lribeiro@hotmail.com
2 Orientador/Docente Curso de Engenharia Elétrica da Universidade de Araraquara – UNIARA. Araraquara-SP. E-mail: rfigueira@uniara.edu.br