Uma Smart Grid (Rede Elétrica Inteligente) distribui energia elétrica com auxílio de tecnologia digital, monitorando e controlando ativos da rede de distribuição, como transformadores, religadores, reguladores e chaves seccionadoras, visando a otimização do sistema: melhor qualidade de energia, maior eficiência energética, maior confiabilidade da rede e maior redução de custos. Para tanto, se faz necessária a implantação de uma rede de Telecom dupla via sobreposta à rede de energia que deverá ter dentre os principais atributos alta disponibilidade da rede e baixa latência.

Várias tecnologias de comunicação se apresentam como alternativa neste cenário, podendo-se citar o PLC, sistemas de RF PTP, PMP e MESH (wifi mesh, zigbee), rede celular e fibra óptica refletindo as camadas 1 e 2 do modelo referência OSI (rec. X.200, ITU-T). A tendência aponta para uma Smart Grid atendida por um sistema de comunicação composto por um mix dessas tecnologias com seus nós de rede supervisionados por um sistema de gerência dedicado.

A tecnologia PLC (PowerLine Communication) permite o uso da infraestrutura elétrica existente como meio de transmissão de dados se apresentando, “a princípio”, como a opção mais plausível para o suporte à Smart Grid. Cabe ressaltar que existem dois “PLCs”: o de faixa estreita (operando de 3 kHz a 500 kHz), que pode ser utilizado, por exemplo, na leitura de medidor eletrônico de energia elétrica (AMR), e o de faixa larga (de 1,8 MHz a 34 MHz – a Res. Anatel 527/09 limita à 50 MHz), também conhecido como BPL (Broadband PowerLine), que surgiu como alternativa para prover internet na última milha, concorrendo com sistemas xDSL. Ainda, os sistemas PLC podem ser classificados como indoor, com dispositivos instalados em residências, e outdoor, provendo a rede de acesso.

Os casos comerciais mais comuns, que se tem notícia, encontram-se em aplicações indoor, principalmente com o padrão aberto “Homeplug”, com grande penetração nos EUA, permitindo taxas de transmissão de até 200 Mbit/s e se apresentando como opção para a implantação da “Home Grid”, assim como o PLC faixa estreita , com taxas de poucos kilobits (no limite de 500 kbit/s), em implementações outdoor no suporte ao AMR.

Por outro lado, o BPL outdoor, especialmente de alta tensão (AT), ainda não se consolidou, levando invariavelmente a sistemas de alto custo e, portanto, inviáveis para o estado atual da tecnologia. De fato, levantamentos recentes têm apontado uma carência de sistemas comerciais de sucesso com tecnologia BPL em AT. Talvez a maior restrição para estas aplicações esteja na necessidade da instalação massiva de repetidores em transformadores. Neste cenário é importante considerar a questão da regionalização: na Europa, como no Brasil, cada transformador atende a várias UCs (Unidades Consumidoras), enquanto nos EUA não é incomum ter um pequeno transformador para um único cliente ou para um pequeno grupo deles.

Outro grande desafio à tecnologia BPL/PLC, tanto em redes em BT quanto em AT, refere-se à convivência com ruído em redes aéreas e em redes subterrâneas. No entanto, apesar de contratempos como a descontinuidade de fornecedores de equipamentos e de alguns insucessos comerciais, os fabricantes continuam apostando na tecnologia, como relatadas no Simpósio Internacional de PLC (IEEE ISPLC/2010), quando se observou a motivação destes em aperfeiçoar seus chipsets com o desenvolvimento de novos algoritmos com novas técnicas DSP visando o melhor tratamento de ruídos.

Um importante quesito no planejamento da rede de Telecom em suporte à Smart Grid refere-se à latência. Redes de suporte à Smart Grid necessitam, via de regra, de valores para a latência entre dispositivos/agentes fim-a-fim da ordem de segundos e milissegundos, e não de horas ou dias. Sistemas DA (Automação da Distribuição), em especial sistemas de teleproteção, estão entre os que requerem menores tempos de resposta. No entanto, alguns elementos da Smart Grid serão mais tolerantes à latência da rede. Por exemplo, a leitura de medidores eletrônicos pode ser pouco exigente neste quesito, considerando que o envio de pacote de dados poderá ser realizado a cada 15 min.

Neste cenário de AMR, o PLC disputa abertamente posição com sistemas wireless, contando com mais de 100 milhões de dispositivos instalados em todo o mundo (dados de 2010), grande parte destes na Europa, adotando uma topologia de rede que incorpora um concentrador para encaminhar dados de um grupo de UCs ao Centro de Medição. Entretanto, mesmo considerando aplicações de engenharia de tráfego e QoS, priorizando o envio de mensagens críticas, o tempo de latência pode ser crítico em outras aplicações, como por exemplo, no controle de religadores e chaves, que requer respostas em milissegundos.

Quanto ao quesito largura de banda, cabe ressaltar que a comunicação visando aplicações de automação (comando e controle) se caracteriza, diferentemente da comunicação que conhecemos (redes de escritórios e internet), pelo envio/recepção de mensagens curtas. Então, sistemas DA poderiam ser atendidos, quanto à questão “taxa de transmissão”, pelo PLC de faixa estreita (ref. IEC 61334).

Ambas as tecnologias Powerline (de faixa estreita e de faixa larga) podem ser utilizadas em sistemas indoor e outdoor. É importante destacar que um possível sucesso da tecnologia PLC como suporte à Smart Grid pode estar sendo mascarado pela escolha e aplicação equivocadas da tecnologia. E há questões complexas no que concerne à regulamentação da tecnologia BPL/PLC pelas autoridades, pois mesmo assistindo aos calorosos debates ocorridos na Europa há cerca de 10 anos, hoje vemos o Japão proibindo o uso do BPL em redes outdoor devido à interferência que esses sistemas podem provocar em outros sistemas de comunicação, como por exemplo, no serviço de rádio amador. Além disso, as normas americanas e européias para o PLC faixa estreita não coincidem entre si: enquanto o FCC (Federal Communication Commission) permite o emprego de qualquer frequência abaixo de 540 kHz, o CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) define diferentes bandas até 148,5 kHz, cada uma delas com seus próprios critérios.

José Gonçalves Vieira, Engenheiro Eletricista / Eletrônico, Diretor Técnico-Comercial da CELGTELECOM, Superintendente de Novos Negócios e Telecomunicações da CELG Distribuição S.A. e Diretor de Inovações Tecnológicas da APTEL.

e-mail: vieira@celg.com.br – vieira@aptel.com.br

Sérgio Granato de Araújo, Professor da Universidade Federal de Goiás,Consultor / Assessor da Superintendência de Novos Negócios e Telecomunicações da CELG Distribuição S.A. e Dr. em Eng. Elétrica pela COPPE / UFRJ.

e-mail: granato@eee.ufg.br – sgranato1@gmail.com