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B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA DE ALIMENTAÇÃO DE PEQUENAS CARGAS POR MEIO DE ACOPLAMENTO MAGNÉTICO: PROPOSTA DE MEDIÇÕES EM ESCALA REDUZIDA.

Paula Cristina Passos Goulart 1 (paula@es.cefetmg.br), Marco Aurélio de Oliveira Schroeder 1 e Giovani Guimarães Rodrigues 1

(1. Depto de Engenharia Ind. Elétrica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET-MG)

INTRODUÇÃO: Nos países cuja maior fonte de energia elétrica é de origem hidroelétrica, as fontes são distantes dos grandes centros consumidores. Nestes casos, são construídas extensas linhas de transmissão (LT's). É comum a existência de pequenas comunidades, próximas ao percurso das LT's, desprovidas do suprimento de energia elétrica. Isto se deve, em parte, ao elevado custo de implementação de tecnologias convencionais como subestações transformadoras abaixadoras. Tais comunidades se encontram em absoluto atraso sócio-econômico. Em um trabalho anterior (56ª edição da SBPC), foi apresentada uma análise técnica sobre uma tecnologia alternativa pouco explorada na literatura: Extração de Energia Elétrica por Meio do Acoplamento Magnético entre um Conjunto de Condutores e uma LT de Alta Tensão e Corrente Alternada. Foi desenvolvida uma modelagem eletromagnética para a representação do sistema que proporciona a extração de energia, aproveitando ao máximo o acoplamento existente entre a LT e o conjunto de condutores. Realizou-se uma série de análises de sensibilidade relacionando parâmetros geométricos e eletromagnéticos no sistema sob estudo. Daí, a necessidade da realização de verificações experimentais para a comprovação da consistência das formulações desenvolvidas. O objetivo deste trabalho é apresentar uma proposta de modelo para medição em escala reduzida para a verificação do fenômeno físico anteriormente estudado, dadas as dificuldades existentes de implementação em escala real.

METODOLOGIA: A modelagem do fenômeno físico sob estudo foi derivada diretamente da aplicação da primeira e segunda equações de Maxwell. Para determinação das correspondentes formulações, algumas aproximações foram utilizadas. O modelo reduzido implementado consiste de uma linha de transmissão monofásica e de um conjunto de condutores, onde ocorre a extração de energia elétrica. A consideração dos fenômenos físicos envolvidos neste tipo de aplicação pode ser observada a partir do modelo monofásico, sabendo que, para o sistema trifásico os resultados podem ser obtidos através do teorema da superposição. A complicação para uma implementação prática é a obtenção de valores típicos de correntes de LT (superiores a 1000A) e o comprimento dos condutores (que varia entre 300m e alguns km). Em condições laboratoriais é inviável conseguir tais valores. Assim, para compensar a redução de tais parâmetros, foi projetada uma fonte de corrente capaz de gerar ondas senoidais com níveis de corrente em torno de aproximadamente 10A de pico a pico e freqüência de 1,2 kHz, além da diminuição da distância entre a LT e a espira (Δx = 3,5cm).

RESULTADOS: Após as deduções da formulação que expressa a tensão induzida no modelo reduzido, foram desenvolvidos programas computacionais, no pacote MATLAB®6.5, para proceder análises de sensibilidade: variação da força eletromotriz induzida (fem) em relação aos parâmetros geométricos e eletromagnéticos. Verificou-se que os níveis de tensão são bastante sensíveis às variações de tais parâmetros: altura da fase da linha de transmissão, h; altura dos condutores da espira, hr e hp; distância horizontal entra a linha e a espira, Δx; e valor da resistividade do solo, ρ. Os valores da fem induzida na espira considerando condutividade do solo finita são menores que os valores encontrados quando se considera o solo como um condutor elétrico perfeito. É interessante observar que os níveis de tensão induzida são bastante reduzidos (na ordem de miliVolt), devido às reduções necessárias para a implementação prática do sistema sob estudo. Porém, são suficientes para a comprovação das formulações matemáticas e análises desenvolvidas.

CONCLUSÕES: Com tantos avanços na área tecnológica, a existência de pequenas comunidades desprovidas do suprimento de energia elétrica corresponde a uma nítida exclusão social. Neste caso, é imprescindível o desenvolvimento de tecnologias alternativas que tornem economicamente viável o fornecimento de energia para tais comunidades. Tendo em vista tal situação, buscou-se neste trabalho demonstrar uma proposta de modelo reduzido para a verificação experimental de uma tecnologia baseada na extração de energia por meio do acoplamento magnético entre LT’s e conjunto de condutores em suas proximidades. Para isso foi necessário a construção de uma fonte de corrente capaz de gerar ondas senoidais com níveis de corrente em torno de aproximadamente 10A de pico a pico e freqüência de 1,2kHz. Os resultados obtidos são bastante satisfatórios, uma vez que os valores medidos foram bastante próximos dos da formulação matemática e física (diferenças máximas de 5%, tomando o valor medido como o correto). Estes resultados validam as aproximações realizadas nas deduções matemáticas. Vale frisar que a tecnologia sob estudo, apesar de pouco explorada na literatura, possui uma série de vantagens de ordem prática e econômica. É importante destacar o perfil complementar (e não concorrente) das tecnologias não convencionais; a utilização de determinada tecnologia dependerá das necessidades de nível de potência, das características da carga a ser atendida, do ambiente local etc.

Instituição de fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e o Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG)

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave:  Acoplamento Magnético e Tensão Induzida; Alimentação de Pequenas Cargas; Medição em Escala Reduzida.

Anais da 57ª Reunião Anual da SBPC - Fortaleza, CE - Julho/2005