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XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica
SENDI 2016 - 07 a 10 de novembro
Curitiba - PR - Brasil
Paulo Roberto Freitas Valadão
Victor Barros Rispoli Glauber Niero
ENERGISA MINAS GERAIS DISTRIBUIDORA DE
ENERGIA S/A
ENERGISA MINAS GERAIS DISTRIBUIDORA DE
ENERGIA S/A
Energisa Mato Grosso Distribuidora de Energisa
S/A
[email protected] [email protected] [email protected]
Aplicação de Religadores Monofásicos em Redes Rurais Monofásicas
Palavras-chave
Custos Operacionais
DEC, FEC, Compensações
Faltas Transitórias
Redes Rurais Monofásicas
Religador Monofásico
Smart Grid
Resumo
Neste trabalho é apresentada a experiência da EMG (Energisa Minas Gerais) na aplicação de religadores
monofásicos para redução dos defeitos devido às faltas de natureza transitórias nas redes rurais monofásicas.
O trabalho é constituído da apresentação do cenário da EMG, do estudo realizado para escolha dos melhores
locais para instalação, da definição de qual equipamento a ser adquirido e dos resultados práticos após um ano
de operação.
Ao fim do trabalho conclui-se que com a correta definição dos locais para instalação dos religadores
monofásicos, obtém-se uma redução em média de 92% dos defeitos devidos à faltas transitórias,
consequentemente, DEC, FEC, pagamento de compensações por violação dos indicadores individuais de
continuidade, custos operacionais da frota e equipes de campo.
Os dados apresentados neste trabalho referem-se ao período de 2012 (dados bases para estudo) a 2015
(apuração dos resultados práticos).
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1. Introdução
A busca pela melhoria da confiabilidade das redes de distribuição é algo que as concessionárias de energia sempre
almejam, uma vez que a Aneel define metas e resoluções que devem ser seguidas.
Nessa linha, as novas tecnologias vêm contribuindo na melhoria da qualidade do serviço possibilitando o
restabelecimento automático das redes. Entre os equipamentos que são amplamente empregados para está finalidade
estão os religadores.
Religadores trifásicos já vêm sendo utilizados nas empresas do grupo Energisa nas áreas urbanas e rurais. Porém, os
religadores monofásicos, ainda não eram empregados no grupo devido ao seu elevado custo, logo não obtendo
viabilidade econômica.
Diante disso, foi desenvolvido um projeto piloto em 2013 que apresentasse a situação das redes monofásicas frente aos
indicadores de continuidade e, consequentemente, a proposição de aplicação otimizada de religadores monofásicos de
baixo custo em pontos estratégicos para redução de defeitos devido às faltas de natureza transitórias.
Faltas transitórias são aquelas em que havendo a operação de um equipamento de proteção desaparece a causa do
defeito e o circuito funciona perfeitamente depois de religado. As causas mais comuns de defeitos transitórios são:
• Descargas atmosféricas
• Contatos momentâneos entre condutores
• Abertura de arco elétrico
• Materiais sem isolação adequada
• Contatos de objetos estranhos
Cerca de 70 a 80% dos defeitos nas redes de distribuição são devidos às faltas de natureza transitórias, onde se faz
necessário a aplicação de equipamentos de proteção com religamentos automáticos.
Portanto, este trabalho irá apresentar o estudo desenvolvido para priorizar os pontos de instalação de religadores
monofásicos, a fim de reduzir os defeitos devido às faltas transitórias e os resultados práticos obtidos após um ano de
testes com 10 equipamentos na EMG.
2. Desenvolvimento
2.1. Cenário das Redes Rurais Monofásicas da Energisa Minas Gerais
Um dos grandes desafios da EMG está na característica das suas redes que são majoritariamente rurais.
Conforme o gráfico 1, cerca de 90% da extensão da rede de distribuição de média tensão está concentrada na zona
rural e, deste montante, 70% são redes monofásicas.
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Gráfico 1– Extensão e tipo da rede de distribuição MT na EMG 2012.
Tal situação era preocupante, pois por anos se investiu muito em tecnologias nas zonas urbanas, que se viabilizavam
mais facilmente, porém pouquíssimo na zona rural.
Diante desse cenário, era de se esperar que a quantidade de defeitos/ocorrências emergências fossem elevadas na
zona rural, o que de fato se comprova ao analisar a base de 2012.
No gráfico 2 constata-se que 59% dos defeitos estão localizados na zona rural, sendo que destes, 76% são defeitos de
natureza transitória.
Gráfico 2- Quantidade de Ocorrências de 2012 subdivididas por natureza da falta e sua localização.
Traduzindo estes defeitos para os resultados DEC e FEC de 2012, percebe-se que 17% do DEC é localizado na zona
rural e devido a defeitos transitórios, conforme apresentado no gráfico 3 abaixo.
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Gráfico 3- DEC e FEC em 2012 por localidade e natureza do defeito
Em relação ao deslocamento das viaturas, em 2012 55% se devem às ocorrências de natureza transitória na zona rural,
conforme é apresentado abaixo no gráfico 4.
Gráfico 4– Deslocamento ao atendimento de ocorrências em 2012.
O tempo despendido em atendimento a uma ocorrência é subdivido segundo Prodist, em tempo de preparação (TP),
tempo de deslocamento (TD) e tempo de execução (TE). Considerando o tempo efetivo da equipe alocada no problema,
ou seja, TD + TE, nota-se que 29,8% (18.594 horas) do total de horas em 2012 foram na zona rural e devido a
atendimentos aos defeitos de natureza transitórios, conforme apresentado no gráfico 5.
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Gráfico 5- Tempo de utilização (TD+TE) das equipes aos atendimentos de ocorrências em 2012 em relação a natureza
da falta.
As compensações DIC, FIC e DMIC são pagas quando há violação das metas individuais por consumidor, refletindo
negativamente no resultado operacional da empresa. Ao analisar o ano de 2012, gráfico 6, observa se que foram pagos
aproximadamente R$ 90.810 em ocorrências de natureza transitória localizadas na zona rural.
Gráfico 6- Total de compensações pagas por violação dos limites de DIC, FIC e DMIC por natureza da falta.
Portanto, conclui que o grande vilão da EMG está na zona rural e é devido a ocorrências de natureza transitória. Para
está situação os religadores monofásicos são uma ótima solução para redução destes problemas.
2.2. Definição dos pontos para instalação dos Religadores Monofásicos
Uma vez levantado o cenário em que estava submetida à EMG, foi analisada a base de defeitos/ocorrências cujo
período escolhido foi de um ano para investigar e propor os melhores locais para instalação dos religadores monofásicos.
Para realizar a proposição seguiram os seguintes passos:
1. Definição do universo das análises:
o Foi selecionada uma base de defeitos de um ano, pois garante se que não há vícios devido ao ciclo
de chuvas.
o Os defeitos/ocorrências deveriam ter como apontamento do equipamento com falha, somente
chaves fusíveis de um estágio ou três estágios.
o Selecionada somente as ocorrências registradas na base que são emergenciais.
2. Definições de quais causas registradas seriam caracterizadas como defeitos devido às faltas de natureza
transitórias:
o Foram definidas as causas ventos fortes, descargas atmosféricas, poluição, objeto estranho na rede
e causas ignorada com tempo de execução < 70min.
o Em todas estas causas, o serviço executado pelo eletricista só poderia ser a substituição do elo
fusível.
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3. Para cada defeito/ocorrência foi obtido:
o O deslocamento das equipes de campo.
o Números de clientes a jusante da chave.
o Extensão do ramal a jusante da chave
4. Ao final foi elaborada uma tabela onde para cada número de chave fusível foram apresentadas as
seguintes informações.
o Nome do alimentador
o Número operativo da chave
o Clientes atendidos a jusante
o Quantidade de ocorrências de natureza transitórias
o Quantidade de km rodado por ocorrência
o Homem hora trabalhado das equipes de campo por ocorrência
o DEC por ocorrência
o FEC por ocorrência
o Custo do deslocamento por ocorrência
o Custo de HH da equipe de campo por ocorrência
o Custo do elo fusível por ocorrência
o Compensações por DIC, FIC e DMIC por ocorrência
o Valor da energia não distribuída por ocorrência
5. A partir da tabela acima, foram definidos os pesos para as seguintes variáveis:
o Redução de despesas operacionais (Custo do deslocamento + Custo de HH da equipe de campo +
Custo do Elo fusível) – Peso de 50%
o Quantidade de ocorrências de natureza transitórias – Peso de 30%
o Compensações por DIC, FIC e DMIC – Peso de 20%
o Número de clientes a jusante maior que 50.
Com a lista ranqueada de acordo com a prioridade estabelecida, para cada chave foi analisado se o ramal a jusante
possuía extensão superior a 500 metros e se a distância do polo operacional até a chave fosse superior a 6 km. Caso
positivo, o ponto que atualmente era chave fusível seria substituído por um religador monofásico.
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Após as analises apresentadas acima, foram definidos que 10 chaves fusíveis seriam substituídas por religadores
monofásicos, conforme tabela 1 a seguir.
Tabela 1-Dados das chaves selecionadas para substituição por religador monofásico.
Os valores apresentados para cada chave são referentes há um ano, ou seja, a chave 92034 teve 17 defeitos cujas
faltas foram de natureza transitória gerando um impacto no DEC da empresa em 0,0215 horas.
A figura 1 apresenta a área de concessão da EMG e os locais propostos para instalação.
Figura 1- Locais definidos para instalação dos religadores monofásicos
Com os locais definidos, a próxima etapa era encontrar no mercado um equipamento com baixo custo que viabilizasse a
instalação.
2.4 – Definição dos equipamentos
Nesta etapa foram estudados e comparados alguns modelos de religadores monofásicos existentes no mercado que
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atendessem as necessidades técnicas da região de concessão EMG.
Dentre os modelos analisados, o religador da S&C TripSaver II foi o escolhido, visto que apresenta tecnologia eletrônica
com câmara de extinção a vácuo e baixo valor de investimento.
O equipamento é autoalimentado, possui indicador de operações, valor de corrente nominal, registro do último curto-
circuito, 3 ciclos de operação, tempo de reset de 15 segundos e LCD frontal, além de ser de fácil instalação como uma
chave fusível simples.
O equipamento não é telecomandado. Essa funcionalidade para os casos propostos não é algo prioritário, visto que o
equipamento será instalado em redes rurais monofásicas radiais. Além disso, mesmo que possuísse a opção de ser
telecomandado, esta não funcionaria na região da EMG devido ao relevo acidentado que dificulta a propagação do sinal
GPRS. Ainda, os religadores com essa funcionalidade custam cerca de 4 vezes mais que o S&C TripSaver II, o que
inviabilizaria o projeto no aspecto econômico.
Para os pontos selecionados, o religador S&C TripSaver II foi o que melhor atendeu ao propósito do projeto, que é de
reduzir as ocorrências de natureza transitória, evitando que as equipes tenham que se deslocar para a troca de elo
fusível queimado devido às faltas de natureza transitórias.
Abaixo, figura 2, é apresentada as imagens em 180 graus do equipamento adquirido.
Figura 2- Religador Monofásico da S&C TripSaver II em base C fornecidade pela S&C.
Note que o equipamento é fornecido com uma base C de chave fusível da S&C. Durante os testes em campo foi
verificada a obrigatoriedade da utilização desta base C da S&C, devido ao ajuste da pressão da mola e encaixe do pino
do religador na cabeça da chave.
Os equipamentos foram adquiridos em janeiro de 2014 a um custo de R$ 7.600 por unidade. A instalação foi realizada
em estrutura exclusiva com chave de bypass, conforme figura 3 e figura 4. Considerando o valor do equipamento,
estrutura e mão de obra em linha viva, cada equipamento instalado teve um custo médio de R$ 11.568.
2.3 Resultados obtidos
Os equipamentos foram instalados em agosto de 2014 e retirados em agosto de 2015 para avaliação. Nas figuras 3 e 4
são apresentados os equipamentos instalados em campo.
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Figura 3– Religador instalado em campo na zona rural
Figura 4- Religador instalado em posição aberto em estrutura no segundo nível. No primeiro nível está a chave fusível
simples de bypass fechada com pára-raios.
Como pode ser notado, nas figuras 3 e 4 acima, os equipamentos foram instalados em segundo nível do poste e
conectados a média tensão através de estribos e grampos de linha viva. No primeiro nível foi instalada uma chave
fusível convencional que é utilizada para bypass do equipamento ou teste da linha. Este arranjo foi necessário a fim de
facilitar a retirada do equipamento para manutenção ou ajustes sem que seja necessário desligar a rede, uma vez que
será fechada a chave de bypass e abertos os grampos de linha viva, deixando o segundo nível desernegizado, podendo
o eletricista retirá-lo com as mãos.
Os religadores permitem ajustes de corrente a partir de 5 A de pick-up. Para os locais definidos a grande maioria foi
ajustada em 30 A. Eles possuem uma elevada gama de curvas para escolha da melhor coordenação não gerando
nenhuma dificuldade para serem coordenados nas redes. Para o projeto piloto foi selecionado curva rápida para a 1ª e
2ª operação e curva lentas para 3ª e 4ª operação. Desta forma, os religadores evitaram também a queimas de elos de
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chaves fusíveis a jusante devido a defeitos de natureza transitória, uma vez que na 1ª e 2ª operação abriam antes da
queima dos elos.
As equipes da operação e manutenção foram treinadas em operar os equipamentos e não tiveram dificuldades.
A seguir na tabela 2 são apresentados os resultados após um ano de operação das 10 unidades que foram instaladas
nos pontos apresentados na tabela 1.
Tabela 2- Dados dos religadores após um ano de operações em campo.
Após a instalação dos religadores a quantidade de ocorrências devido às faltas transitórias referente ao período de
12/08/2014 à 10/08/2015 reduziram em 92%. Detalhando os casos em que foram registradas ocorrências desta
natureza, conclui se que das 9 constatadas nos pontos instalados, 3 foram quando o religador não estava em campo, ou
seja, retirado de operação para ajuste da corrente ou reset, e, 6 foram ocorrências em que testaram a linha com o
religador e a mesma permaneceu energizada.
A tabela 3 apresenta os dados comparativos do antes e depois da instalação em um período de 12 meses.
Tabela 3- Comparativo do antes e após a instalação dos religadores monofásicos.
Conforme tabela 3, a redução com custos operacionais, custo do deslocamento (R$ 1.256), custo de HH da equipe de
campo (R$ 2.795) e custo do elo fusível (R$ 657), somaram uma redução total de R$ 4.708. Em compensações por DIC,
FIC e DMIC evitou se o pagamento de R$ 3.873.
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Além disso, houve um decréscimo de 102 ocorrências de natureza transitória que geraram uma redução de 0,0860 de
DEC e 0,0292 de FEC.
Recalculando os indicadores de viabilidade econômica considerando os ganhos realizados, o payback para o projeto é
de 6 anos, IR de 1,947 e TIR 19,49%, conforme tabela 4.
Tabela 4- Indicadores de viabilidade econômica do projeto calculados conforme metodologia do grupo Energisa.
3. Conclusões
Através dos resultados deste projeto piloto, pode se concluir que ao instalar religadores de monofásicos em locais onde
eram chaves fusíveis, gera se uma redução de no mínimo 92% dos defeitos causados por faltas de natureza transitórias.
Destaca-se que o ponto crítico do projeto é a correta definição do local que será instalado o religador, para que assim,
possa garantir um bom retorno do investimento. Para o caso específico, o Payback é de 6 anos.
Em relação aos equipamentos, estes se mostraram robustos aos intemperes da natureza após um ano de operação,
estando em perfeito estado de conservação e funcionamento.
A vida útil do interruptor a vácuo depende dos valores de curto-circuito extintos pela câmara, contudo, ao avaliar o status
de todos os religadores, o que teve maior desgaste foi de 2%. O contador de operações indicava 127 operações e os
valores de curtos registrados foram em média de 200A. Portanto, pode se notar que o equipamento terá uma elevada
vida útil do interruptor aplicado nestas condições.
O fabricante garante que os equipamentos suportam no mínimo até 2000 operações mecânicas, considerando que a
média de operações das 10 unidades foram de 77. Logo, a vida útil poderá atingir aproximadamente 26 anos.
Em relação à operação diária, as equipes de campo não tiveram dificuldades ao fechar e abrir o equipamento.
Em 2016, a EMG continua investindo em suas redes rurais instalando religadores monofásicos em pontos estratégicos,
visando a redução de DEC, FEC e custos operacionais. Um ganho não mensurável no projeto foi o aumento da
disponibilidade das equipes de campo na zona urbana, uma vez que reduz o deslocamento até a zona rural para
substituição de elos. Incrementando ainda mais o potencial de redução de DEC e FEC.
Por fim, este artigo recomenda a utilização de religadores monofásicos de baixo custo em redes rurais monofásicas, com
elevadas quantidades de problemas transitórios e locais distantes de difícil acesso.
4. Referências bibliográficas
1 - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Prodist Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica– Brasil.
2 - S&C ELECTRIC COMPANY. Religadores de distribuição para uso externo. Acesso em 01/05/2012, disponível em:
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http://pt.sandc.com/products/reclosers/tripsaver-dropout-recloser.asp
3 - FRANCISCO TAVARES SILVEIRA, GUSTAVO TADEU DE A. GALVANI. Coordenação entre religador e
seccionalizador em redes de distribuição. Acesso 10/07/2014
http://revistas.unibh.br/index.php/dcet/article/viewFile/707/410
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