95 – Metodologia para projeto e alocação de filtros passivos em instalações industriais

O Produto Interno Bruto brasileiro vem apresentando um crescimento devido ao crescimento da indústria e do setor de serviços no Brasil, este crescimento gera um incremento na demanda energética do país. O Operador Nacional do Sistema publicou no PEN 2012 que se for considerado um crescimento de 4% do PIB entre os anos de 2012 e 2016 a carga de energia no sistema elétrico nacional chegará a 71 GW médios em 2016, neste mesmo momento a capacidade instalada deverá chegar em 145 GW, mas o subsistema sul apresenta uma deficiência energética durante todo o período analisado. Uma das formas de reduzir o impacto no Sistema Integrado Nacional é elevar a eficiência energética dos consumidores. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia para o projeto ótimo de filtro harmônico passivo sintonizado simples para um sistema industrial com a finalidade de melhorar a eficiência e qualidade deste consumidor. A metodologia foi desenvolvida levando em consideração as informações disponíveis em unidades industriais típicas. Este tipo de sistema industrial possui normalmente a entrada de energia em 13,8 kV e cargas trifásicas lineares e não lineares distribuídas em diversos barramentos com tensão nominal de 220 V à 13,8 kV. O levantamento de dados foi realizado a partir do diagrama unifilar da unidade e foram estimados os níveis de corrente harmônica individual com base na bibliografia existente e catálogo dos fabricantes dos equipamentos elétricos. Para a análise da influência que a inserção do filtro de harmônica terá no sistema é necessário representar eletricamente o sistema e encontrar o equivalente de Thevenin no ponto de conexão do filtro. Portanto, foi necessário um bom detalhamento dos modelos dos componentes elétricos utilizados na simulação do sistema. Com os modelos definidos, a formulação do problema considera como variáveis a posição de instalação dos filtros e parâmetros dos filtros para cada frequência harmônica. As limitações técnicas de operação dos filtros também foram consideradas no cálculo. Para a solução do problema do projeto ótimo do filtro foram utilizados os algoritmos genéticos do Matlab que fornece a solução quase-ótima para o problema proposto em termos de local e parâmetros operacionais já com os custos de aquisição, instalação e manutenção. Na simulação, a distorção harmônica total de corrente (DHTI) no ponto de acoplamento comum (PAC) da instalação industrial foi reduzida de 71% para 8%, mostrando que a metodologia proposta fornece soluções de boa qualidade para atender aos requisitos de distorções harmônicas das normas IEEE 519 (1992) e PRODIST.  A análise de viabilidade econômica para o sistema em estudo mostrou um retorno do investimento de 2,3 anos para a instalação de filtros em média tensão, atendendo desta maneira à premissa imposta pela indústria estudada de retorno máximo de três anos.