Regulação de tensão em subestações de distribuição de energia elétrica

Universidade Federal de Itajub Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica

REGULAO DE TENSO EM SUBESTAES DE DISTRIBUIO DE ENERGIA ELTRICA

LUIS ANTONIO FELBER

Itajub, Julho de 2010

Universidade Federal de Itajub Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica

LUIS ANTONIO FELBER

REGULAO DE TENSO EM SUBESTAES DE DISTRIBUIO DE ENERGIA ELTRICA

Dissertao submetida ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica como parte dos requisitos para obteno do Ttulo de Mestre em Cincias em Engenharia Eltrica.

rea de concentrao: Sistemas Eltricos de Potncia

Orientador: Prof. Dr. Hector Arango.

Julho de 2010 Itajub - MG

iii

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Hector Arango, pelo apoio, pacincia, experincia e sabedoria,

na conduo deste trabalho.

CAPES e aos amigos e professores do GQEE, por acreditarem e

apoiarem o meu trabalho.

Aos demais professores e funcionrios da Unifei, alm dos funcionrios da

PRPPG pela dedicao e simpatia.

Meus agradecimentos minha famlia e meus amigos.

Aos meus amigos da CEMIG pelo grande empenho e dedicao em me

ajudar de todas as maneiras possveis.

Um agradecimento especial a minha noiva e futura esposa Swlyne pelo

apoio, dedicao e pacincia.

iv

RESUMO

O objetivo deste trabalho de dissertao comparar as diversas

metodologias de controle automtico de tenso (CAT) em subestaes de

distribuio de energia eltrica, usadas pela CEMIG e por outras concessionrias de

distribuio de energia eltrica, atravs do estudo do comportamento da tenso em

regime permanente e das metodologias de regulao de tenso usadas.

Esse trabalho foi baseado em um estudo de caso real, onde foram

implementadas 3 tcnicas de regulao de tenso em uma subestao de

distribuio de energia eltrica (LDC, tenso constante e reta de carga) e foram

feitas medies em vrios pontos de uma linha de distribuio pertencente a essa

subestao.

Foi feito um estudo comparativo entre as metodologias utilizadas, levando-se

em considerao as normas vigentes atuais (Mdulo 8 PRODIST), sendo

avaliadas as vantagens e desvantagens de cada metodologia utilizada.

v

ABSTRACT

The objective of this dissertation work is to compare the different

methodologies of automatic voltage control (CAT) in distribution substations of

electric power, used by CEMIG and other utilities of electric energy distribution, by

studying the behavior of voltage in steady state and the methodologies used for

voltage regulation.

This work was based on a real case study, where three techniques were

implemented to regulate voltage in a substation of electric energy distribution (LDC,

constant voltage and load line) and measurements were made at various points of a

distribution line belonging to this substation.

A comparative study was done among the methodologies used, taking into

consideration the actual standards (Module 8 - PRODIST) and evaluated the

advantages and disadvantages of each methodology.

vi

LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS

ANEEL Agencia Nacional de Energia Eltrica AVR Automatic Voltage Relay (Rel de Controle Automtico de Tenso) CAT Controle Automtico de Tenso CEMIG Companhia Energtica de Minas Gerais S.A. CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Eltrica S.A. DRC Durao Relativa de Transgresso de Tenso Crtica DRP Durao Relativa de Transgresso de Tenso Precria ELEKTRO Elektro - Eletricidade e Servios S.A. ELETROPAULO Eletropaulo Metropolitana Eletricidade de So Paulo S.A. ESCELSA Esprito Santo Centrais Eltricas S.A. LDC Line Drop Compensation (Compensao de Queda na Linha) LD Linha de Distribuio OLTC On Load Tap Changer (Transformadores Reguladores com Comutao Sob Carga) PRODIST Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional QEE Qualidade da Energia Eltrica SAG Afundamento Momentneo de Tenso SD Subestaes de Distribuio SDAT Sistema de Distribuio de Alta Tenso (69 kV at 230 kV) SDBT Sistema de Distribuio de Baixa Tenso (< 1 kV) SDEE Sistema de Distribuio de Energia Eltrica SDMT Sistema de Distribuio de Mdia Tenso (1 kV at < 69 kV) SE Subestao de Energia Eltrica SED Sistema Eltrico de Distribuio TL Tenso de Leitura TR Tenso de Referncia TP Transformador de Potencial TC Transformador de Corrente UTR Unidade Terminal Remota Vref Tenso de Referncia Vmax Tenso de Referncia mais Banda Morta Superior Vmin Tenso de Referncia mais Banda Morta Inferior VTCD Variao de Tenso de Curta Durao

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Resumos dos distrbios relacionados energia eltrica 13

Figura 2.2 - Topologia padro de uma rede de distribuio de mdia tenso 19

Figura 3.1 - Topologia padro de um sistema eltrico da distribuio 27

Figura 4.1 - Circuito equivalente de uma linha de distribuio (LD) 41

Figura 4.2 - Circuito simplificado de uma linha de distribuio 42

Figura 4.3 - Diagrama de um circuito de uma LD 47

Figura 4.4 - Diagrama de um circuito de uma LD com capacitor C1 47

Figura 4.5 - Localizao de bancos de capacitores: (a) Localizao fsica, (b) Perfil

de tenso com carregamento pesado e (c) Perfil de tenso com

carregamento leve. 48

Figura 5.1 - Esquemtico do regulador Autoboost configurado como elevador

de tenso 52

Figura 5.2 - Esquemtico do regulador Autoboost configurado como abaixador

de tenso 53

Figura 5.3 - Esquema simplificado da regulao de tenso 54

Figura 5.4 - Funcionamento do regulador de tenso como elevador 54

Figura 5.5 - Funcionamento do regulador de tenso como abaixador 55

Figura 5.6 - Funcionamento do regulador de tenso com tapes 55

Figura 5.7 - Funcionamento do regulador de tenso usando reator 55

Figura 5.8 - Reator com a funo de divisor de tenso 56

Figura 5.9 - Reator com a funo de no interrupo do circuito 56

Figura 5.10 - Bobina de equalizao para limitao da corrente circulante 57

Figura 5.11 - Corrente circulante na bobina de equalizao 57

Figura 5.12 - Funcionamento do rel regulador de tenso (rel 90) 58

Figura 5.13 - Esquemtico da Reta de Carga 65

Figura 5.14 - Diagrama esquemtico do LDC 68

Figura 5.15 - Diagrama fasorial do LDC 68

Figura 5.16 - Circuito com carga no final da LD 70

Figura 5.17 - Resumo das tenses para carga no final da LD 73

Figura 5.18 - Circuito com cargas uniformemente distribudas na LD 74

viii

Figura 5.19 - Resumo das tenses para cargas uniformemente distribudas

na LD 77

Figura 6.1 - Configurao do Trafo T5 da SE Pouso Alegre 1 83

Figura 6.2 - Esquemtico do alimentador PSAU13F4 83

Figura 6.3 - Carregamento do alimentador PSAU13F4 85

Figura 6.4 - Comprimento mximo do PSAU13F4 85

Figura 6.5 - Comprimento do trecho urbano do PSAU13F4 86

Figura 6.6 - Comprimento do trecho rural do PSAU13F4 86

Figura 6.7 - Ajuste LDC para Carga zerada 92

Figura 6.8 - Ajuste LDC para Carga leve 93

Figura 6.9 - Ajuste LDC para Carga Mdia 93

Figura 6.10 - Ajuste LDC para Carga Pesada 94

Figura 6.11 - Curva de carga do circuito do PSAU13F4 95

Figura 6.12 - Tenso Cte - 31/03 - 4 Feira - Imax=789A - 18:30 h 98

Figura 6.13 - Tenso Cte - Tenso x Correntes 44928 31/03 - 4 Feira 99

Figura 6.14 - Tenso Cte - 04/04 - Domingo - Imax=706A - 18:30 h 99

Figura 6.15 - Tenso Cte - Tenso x Correntes - 44928 04/04 - Domingo 100

Figura 6.16 - Reta de Carga - 19/04 - 2 Feira - Imax=823A - 18:30 h 102

Figura 6.17 - Reta de Carga - Tenso x Correntes - 44928 - 19/04 - 2 Feira 103

Figura 6.18 - Reta de Carga - 18/04 - Domingo - Imax=672A - 18:30 h 104

Figura 6.19 - Reta de Carga - Tenso x Correntes - 44928 - 18/04 - Domingo 105

Figura 6.20 - LDC - 23/04 - 6 Feira - Imax=842A - 18:30 h 107

Figura 6.21 - LDC - Tenso x Correntes - R47297 - R44928-23/04 - 6 Feira 108

Figura 6.22 - LDC - 25/04 - Domingo - Imax=741A - 18:20 h 109

Figura 6.23 - LDC - Tenso x Corrente - R44928 - 25/04 - Domingo 110

ix

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 - Pontos de conexo em Tenso Nominal superior a 1 kV e inferior a

69 kV 04

Tabela 1.2 - Pontos de conexo em Tenso Nominal igual ou inferior a 1 kV

(220/127 V) 04

Tabela 1.3 - Pontos de conexo em Tenso Nominal igual ou inferior a 1 kV

(380/220 V) 04

Tabela 5.1 - Resistncias e Reatncias em /km a 25 C 70

Tabela 6.1 - Ajustes da rel 90 para Reta de Carga 89

Tabela 6.2 - Ajuste do rel 90 para LDC 95

Tabela 6.3 - Total de DRPp e DRCp durante as medies 96

Tabela 6.4 - Nmeros de comutaes do Trafo T5 96

x

SUMRIO

I - INTRODUO 01 1.1 - RELEVNCIA DO TEMA 01

1.2 - OBJETIVO 05

1.3 - ESTRUTURA DA DISSERTAO 06

II - ANLISE BIBLIOGRFICA 08 2.1 - ASSUNTOS REGULATRIOS 08

2.2 - ASSUNTOS RELACIONADOS QUALIDADE DA ENERGIA

ELTRICA 12

2.3 - ASSUNTOS RELACIONADOS AO PLANEJAMENTO DE UM SISTEMA

ELTRICO DE DISTRIBUIO. 15

2.4 - CORREO DO NVEL DE TENSO EM UM SISTEMA ELTRICO DE

DISTRIBUIO 18

2.5 - PERDAS EM UM SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO 21 2.6 - ASSUNTOS RELACIONADOS REGULAO DE TENSO 22

III - PLANEJAMENTO DO SISTEMA ELTRICO DA DISTRIBUICO 25 3.1 - INTRODUO 25

3.2 - CARACTERIZAO DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO 27

3.2.1 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso (SDAT) 28

3.2.2 - Sistema de Distribuio de Media Tenso (SDMT) e das Subestaes

de Distribuio (SD) 28

3.2.3 - Sistema de Distribuio de Baixa Tenso (SDBT) 28

3.3 - PLANEJAMENTO DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO (SED) 29

3.3.1 - Nveis de Planejamento 29

3.3.1.1 - Planejamento Estratgico 29

3.3.1.2 - Planejamento Ttico 29

3.3.2 - Metas de Qualidade 29

3.3.2.1 - Qualidade do Produto 30

3.3.2.2 - Qualidade do Servio 31

xi

3.3.2.2.1 - Indicadores de continuidade 31

3.3.2.2.2 - Indicadores de Tempo de Atendimento a Ocorrncias

Emergenciais 32

3.4 - PREVISO DE DEMANDA (CARGA) 33

3.5 - ANLISE DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO EXISTENTE 34

3.5.1 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso (SDAT) 34

3.5.2 - Sistema de Distribuio de Mdia Tenso (SDMT) e das Subestaes

de Distribuio (SED) 34

3.5.3 - Sistema de Distribuio de Baixa Tenso (SDMT) 35

3.6 - PLANO DE OBRAS 35

3.6.1 - Estudos do Sistema Eltrico 35

3.6.2 - Anlise Tcnico-econmica 36

3.6.2.1 - Anlise Tcnica 37

3.6.2.2 - Anlise Econmica 37

3.7 - PERDAS EM UM SISTEMA ELTRICO DA DISTRIBUIO 38

IV - QUEDA DE TENSO NO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO E MTODOS DE CORREO DE TENSO 40

4.1 - INTRODUO 40

4.2 - QUEDA DE TENSO EM UMA LINHA DE DISTRIBUIO 41

4.3 - CORREO DE TENSO EM UMA LINHA DE DISTRIBUIO 43

4.3.1 - Aes para Melhorias de Tenso no SDBT 43

4.3.2 - Aes para Melhorias de Tenso no SDMT 44

4.4 - CORREO DE TENSO USANDO CAPACITOR SHUNT 46

4.5 - CORREO DE TENSO USANDO CAPACITOR SRIE 49

V - REGULAO DE TENSO NAS SUBESTAES DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO 51

5.1 - INTRODUO 51

5.2 - REGULADORES DE TENSO 52

5.2.1 - Regulador de Tenso Autobooster 52

5.2.2 - Regulador de Tenso de 32 Degraus 53

5.2.2.1 - Funcionamento do Regulador de Tenso de 32 Degraus 54

xii

5.3 - REL DE CONTROLE DE TENSO 57

5.3.1 - Componentes de um Rel de Controle de Tenso 58

5.3.1.1 - Tenso de Referncia (Vref) 58

5.3.1.2 - Banda Morta (bandwidth) 59

5.3.1.3 - Tempo Morto (temporizao) 60

5.3.1.4 - Compensao de Queda de Linha (LDC) 60

5.3.1.5 - Bloqueios 61

5.3.1.6 - Funes Adicionais 61

5.4 - METODOLOGIAS DE CONTROLE AUTOMTICO DE TENSO 62

5.4.1 - Grupos de Regulao de Tenso 63

5.4.1.1 - Regulao Dinmica 63

5.4.1.2 - Regulao Esttica 63

5.4.1.3 - Regulao por Faixas 63

5.4.1.4 - Regulao por sistemas inteligentes 63

5.4.2 - Tcnicas de Regulao de Tenso 64

5.4.2.1 - CAT com Tempo Definido 64

5.4.2.2 - CAT com Reta de Carga 64

5.4.2.3 - CAT com Tenso Definida 66

5.4.2.4 - CAT com LDC 66

5.5 - FUNCIONAMENTO DA COMPENSAO DE QUEDA DE LINHA (LDC) 67

5.5.1 - LDC para Cargas no Final da Linha 69

5.5.1.1 - Exemplo de Clculo de LDC para Cargas no Final da Linha 70

5.5.2 - LDC para Cargas Uniformemente Distribudas 74

5.5.2.1 - Exemplo de Clculo de LDC para Cargas Uniformemente

Distribudas 74

5.5.3 - LDC para Cargas no Uniformemente Distribudas 78

5.5.3.1 - Alimentador com Derivaes 78

5.5.3.2 - Z equivalente 79

5.5.4 - Limites de compensao para a LDC 80

VI - ESTUDO DE CASO 82 6.1 - INTRODUO 82

6.2 - CARACTERSTICAS DO CIRCUITO 83

xiii

6.3 - CLCULOS DOS AJUSTES DO REL DE CONTROLE DE TENSO 87

6.3.1 - 1 Ciclo - Tenso Constante 87

6.3.2 - 1 Ciclo - Reta de Carga 88

6.3.3 - 3 Ciclo - LDC 89

6.4 - ANLISE DOS RESULTADOS 95

6.4.1 - 1 Ciclo - Tenso Constante 97

6.4.1.1 - Maior Carga - dia 31/03/2010 - 4 Feira 98

6.4.1.2 - Menor carga - dia 04/04/2010 - Domingo 99

6.4.1.3 - Concluses Sobre a Regulao de Tenso Usando Tenso

Constante 101

6.4.2 - 2 Ciclo - Reta de Carga 101


6.4.2.2 - Menor carga - dia 18/04/2010 - Domingo 104

6.4.2.3 - Concluses Sobre a Regulao de Tenso Usando Reta de

Carga 105

6.4.3 - 3 Ciclo - LDC 106


6.4.3.2 - Menor carga dia 25/04/2010 - Domingo 109

6.4.3.3 - Concluses Sobre a Regulao de Tenso Usando LDC 110

VII - CONCLUSES E SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS 113 7.1- CONCLUSES 113

7.2 - SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS 117

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 118

Captulo I - Introduo

1

CAPTULO I

INTRODUO

1.1 - RELEVNCIA DO TEMA

A melhoria na qualidade de fornecimento de energia eltrica um processo

que vem se aperfeioando com o transcorrer do tempo, no somente por parte das

empresas concessionrias de energia, como tambm pelos consumidores.

A partir da dcada de 70, devido poca do milagre econmico, houve um

aumento significativo do consumo de energia eltrica, e devido a isso, comeou a se

ter a preocupao no somente com o fornecimento de energia eltrica, mas

tambm com a qualidade dessa energia.

Ento, em 1978 o DNAEE (Departamento Nacional de guas e Energia

Eltrica) editou portaria de n. 047/78 que regula os nveis de tenso de

fornecimento (limites das variaes das tenses) de energia eltrica.

Em 1996, atravs da Lei 9.427 foi criada a Agncia Nacional de Energia

Eltrica (ANEEL), com o objetivo de regular e fiscalizar a produo, transmisso,

distribuio e comercializao de energia eltrica. Consolidava-se ento, o sistema

regulatrio brasileiro para o setor de energia. Assim, no mbito de suas atribuies

foram elaboradas, aps vrias consultas pblicas, as resolues relativas

qualidade de energia eltrica, sendo elas relativas a:

Qualidade do servio (Resoluo ANEEL N 024, de 27 de Janeiro de 2000 e Resoluo ANEEL N 520, de 17 de Setembro de 2002), que

estabelece as disposies relativas continuidade do fornecimento de


2

energia eltrica, e a durao e frequncia das interrupes a serem

observadas pelas concessionrias de energia eltrica;

Qualidade do produto (Resoluo N 505, de 26 de Novembro de 2001), que estabelece as disposies relativas conformidade dos nveis de

tenso de energia eltrica em regime permanente.

Em 15 de Dezembro de 2009, essas resolues (Resoluo n 024, de

27 de Janeiro de 2000, Resoluo n 505, de 26 de Novembro de 2001, e Resoluo

n 520, de 17 de Setembro de 2002) foram revogadas atravs da Resoluo N 395,

que criou os Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico

Nacional PRODIST, sendo os requisitos de qualidade do produto e do servio

agrupados no Mdulo 8 Qualidade da Energia Eltrica.

Nveis de tenso adequados propiciam um desempenho satisfatrio e uma

vida mais longa aos aparelhos eltricos dos consumidores, sendo um dos pontos

bsicos da qualidade da energia eltrica fornecida pelas concessionrias de energia

eltrica.

Todos os equipamentos eltricos ligados a um sistema de energia eltrica

so projetados para trabalhar em uma determinada tenso nominal. Seu

desempenho e vida til sero alterados quanto maior for a diferena entre a tenso

fornecida pela concessionria e a sua tenso nominal. Logicamente, para a concessionria, quanto maior possvel for a variao de tenso, menores sero os

gastos para o fornecimento dessa energia. Para os construtores desses

equipamentos e os consumidores, a situao inversa, pois ser mais barato o

custo para a fabricao desses equipamentos e consequentemente sero menores

os custos para os consumidores, quanto menor possvel for variao de tenso.

Devido s diferentes topologias de redes, (exceto em subestaes que

possuem carga muito adensada, como por exemplo, em grandes centros urbanos), a

regulao dessa tenso no feita considerando que as cargas estejam muito

prximas da subestao, devendo ento ser considerada a queda de tenso entre o

regulador de tenso e a carga. Como em um sistema de distribuio de energia

eltrica, normalmente as cargas so distribudas ao longo da rede de distribuio,

torna-se difcil encontrar o local ideal (doravante chamado de centro de carga), onde

esta tenso de alimentao seja adequada.


3

A localizao desse centro de carga o grande dificultador do processo de

regulao, pois a mesma tenso ideal para um consumidor que esteja localizado

prxima da subestao de distribuio poder ser inadequada para um consumidor

localizado distante dessa subestao.

Outro dificultador quando existem redes de distribuio que alimentam

centros urbanos (bairros, vilarejos, cidades) distantes da subestao, sendo que

para esse caso, poder ser necessrio a instalao de outros reguladores de tenso

para esses circuitos especficos, ou a instalao de bancos de capacitores,

lembrando que a tenso na subestao em questo, normalmente ir alimentar

vrios circuitos, e a tenso de sada dever atender a todos os circuitos interligados

a essa subestao.

Devido a essas dificuldades, a Agncia Nacional de Energia Eltrica -

ANEEL estabeleceu atravs da Resoluo N 505, e posteriormente pelo Mdulo 8

(Qualidade da Energia Eltrica) do PRODIST, os limites adequados, precrios e

crticos para os nveis de tenso em regime permanente, os indicadores individuais e

coletivos de conformidade de tenso eltrica, os critrios de medio e registro, os

prazos para regularizao e de compensao ao consumidor, caso os limites de

tenso observados no se encontrem na faixa de atendimento adequado:

So estabelecidos os limites adequados, precrios e crticos para os nveis

de tenso em regime permanente, os indicadores individuais e coletivos de

conformidade de tenso eltrica, os critrios de medio e registro, os prazos

para regularizao e de compensao ao consumidor, caso as medies de

tenso excedam os limites dos indicadores.

A Tabela 1.1 apresenta os valores limite relativos tenso de fornecimento

entre 1 kV e 69 kV, onde:

TL Tenso de Leitura; TR Tenso de Referencia


4

Tabela 1.1 Pontos de conexo em Tenso Nominal superior a 1 kV e inferior a 69 kV.

Adequada 0,93TRTL 1,05TR

Precria 0,90TRTL


5

1.2 - OBJETIVO

O objetivo desse trabalho de dissertao comparar as diversas

metodologias de controle automtico de tenso (CAT) em subestaes de

distribuio de energia eltrica, avaliando suas aplicaes, vantagens e

desvantagens.

A regulao de tenso feita normalmente atravs de reguladores de

tenso instalados na subestao de energia eltrica ou ao longo dos alimentadores,

e o controle de tenso desses reguladores feita atravs dos rels de controle

automtico de tenso CAT.

Convm salientar que no sero abordadas diretamente as metodologias

usadas em reguladores de tenso instalados ao longo de um alimentador (linha de

distribuio LD). Porm essas mesmas metodologias so usadas, na maioria das

vezes, nesses reguladores de tenso.

A metodologia mais usada a de LDC (Line Drop Compensation), que a

compensao de queda de linha. Nesse caso, a tenso regulada atravs de um

compensador de queda na linha, que utiliza parmetros de resistncia e reatncia da

linha. Este um componente que simula a impedncia da linha desde os

reguladores de tenso, at o ponto onde se deseja que a tenso seja constante

(doravante denominado centro de carga). O circuito bsico do compensador simula

as quedas de tenso existentes na linha, fazendo com que o regulador as

compense.

Apesar da metodologia de LDC ser a mais usada, existem vrias outras

metodologias, que tambm so empregadas, devido a dificuldades na configurao

do LDC, caractersticas da rede, melhorias na regulao, etc..

As metodologias mais comumente encontradas so:

a) Regulao dinmica:

Os valores da tenso de referncia - Vref so variveis, de acordo com

parmetros da rede (corrente, potncia, fator de potncia, etc), ou seja, no

existem valores da tenso de referncia - Vref pr-definidos. Nesse caso, a

tenso na subestao varia para que a tenso no consumidor seja a mais

estvel possvel.


6

Ex. CAT com reta de carga e com LDC.

b) Regulao esttica:

Os valores de Vmax e Vmin no se alteram independentemente da variao

de outros parmetros (corrente, potncia, faixas de carga, horrios, etc).

Ex. CAT com Tenso Definida.

c) Regulao por faixas:

Os valores de Vmax e Vmin so estticos para cada grupo de ajustes pr-

definidos por horrios ou por faixas de carga.

Ex. CAT por tempo definido.

d) Regulao por sistemas inteligentes:

Existem atualmente alguns estudos propondo a metodologia de regulao de

tenso usando sistemas inteligentes, principalmente atravs de lgica

nebulosa (Fuzzy Set).

1.3 - ESTRUTURA DA DISSERTAO

No captulo 1, ser feita uma breve introduo, sobre o processo de

regulao de tenso no sistema de distribuio de energia eltrica.

No captulo 2 apresenta-se a anlise bibliogrfica relacionada regulao do

setor, planejamento e perdas no sistema eltrico de distribuio e metodologias de

regulao de tenso em subestaes de energia - SE.

No captulo 3 mostram-se os processos de planejamento do sistema de

distribuio de energia eltrica, relatando as tcnicas e metodologias utilizadas.

No captulo 4 so apresentados os processos relativos queda de tenso e

regulao de tenso atravs da instalao de banco de capacitores no sistema

eltrico de distribuio de energia eltrica.

No captulo 5 descrevem-se as metodologias de regulao de tenso mais

comumente usadas nas subestaes do sistema eltrico de distribuio de energia

eltrica.


7

No captulo 6 feito um estudo comparativo, com um estudo de caso real,

utilizando vrias metodologias de regulao de tenso.

No captulo 7 so feitas as concluses e consideraes finais a respeito

deste trabalho.

Captulo II Anlise Bibliogrfica

8

CAPTULO II

ANLISE BIBLIOGRFICA

2.1 - ASSUNTOS REGULATRIOS

A partir da dcada de 70, a preocupao bsica de somente ter energia

eltrica comeou a mudar. Tanto o governo quanto os consumidores comearam a

se preocupar com os ndices de qualidade no fornecimento de energia eltrica.

Assim, em abril de 1978, o Departamento Nacional de guas e Energia

Eltrica (DNAEE) editou a portaria de n. 047/78, que aborda os nveis de tenso de

fornecimento e os limites das variaes das tenses em geral, regulamentando

deste modo as condies tcnicas e a qualidade do servio de energia eltrica.

Em 26 de dezembro de 1996, atravs da Lei 9.427 foi instituda a Agncia

Nacional de Energia Eltrica ANEEL, que dentre outras tem a finalidade de regular

e fiscalizar a produo, transmisso, distribuio e comercializao de energia

eltrica.

Consolidava-se ento, o sistema regulatrio brasileiro para o setor de energia.

Assim, no mbito de suas atribuies foram elaboradas, aps vrias consultas

pblicas, resolues relativas qualidade de energia eltrica, sendo elas relativas

qualidade do servio e qualidade do produto.

Em 27 de Janeiro de 2000, foi publicada a Resoluo ANEEL N 024, [01] que

estabelece as disposies relativas continuidade do fornecimento de energia

eltrica (qualidade do servio), que diz respeito durao e frequncia de

interrupes, a serem observadas pelas concessionrias de energia eltrica.

Em 26 de Novembro de 2001 foi publicada a Resoluo N 505 [02],

estabelecendo as disposies relativas conformidade dos nveis de tenso de


9

energia eltrica em regime permanente (qualidade do produto), na qual so

estabelecidos os limites adequados, precrios e crticos para os nveis de tenso em

regime permanente, os indicadores individuais e coletivos de conformidade de

tenso eltrica, os critrios de medio e registro, os prazos para regularizao e

compensao ao consumidor, caso as medies de tenso excedam os limites dos

indicadores.

Em 17 de setembro de 2002, foi publicada a Resoluo N 520 [03], que

estabelece os procedimentos de registro e apurao dos indicadores relativos s

ocorrncias emergenciais (qualidade do servio).

Porm, com o processo de busca por meio da ANEEL de melhoria e

regulamentao dos sistemas de distribuio, no incio de 1999, com a contratao

do CEPEL, que elaborou a partir do relatrio H do Projeto RESEB, a verso inicial

do documento, e aps um longo trabalho e inmeras interaes com agentes do

setor eltrico e a sociedade em geral, em 31/12/2008 entra em vigor a primeira

verso aprovada dos Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema

Eltrico Nacional - PRODIST, atravs da Resoluo Normativa n 345, de 16 de

dezembro de 2008 e atravs da Resoluo Normativa N 395 - reviso 1, de 15 de

Dezembro de 2009 [04].

Os Procedimentos de Distribuio PRODIST foram implementados a partir

de 01/01/2010, e so normas que disciplinam o relacionamento entre as

distribuidoras de energia eltrica e demais agentes (unidades consumidoras e

centrais geradores) conectados aos sistemas de distribuio, que incluem redes e

linhas em tenso inferior a 230 kV. Tm o objetivo de estabelecer, com base legal e

contratual, as responsabilidades de cada agente no que se referem s atividades,

insumos, produtos e prazos dos processos de operao, planejamento, uso,

medio e qualidade da energia nos sistemas eltricos das concessionrias de

servio pblico de distribuio.

O PRODIST dividido em 8 Mdulos, que inclui: introduo, planejamento da

expanso, acesso ao sistema de distribuio, procedimentos operativos, sistemas

de medio, informaes requeridas e obrigaes, clculo de perdas na distribuio

e qualidade da energia eltrica.

O Mdulo 2 Planejamento da Expanso do Sistema de Distribuio [05], se

refere s diretrizes para o planejamento da expanso do sistema de distribuio.


10

O Mdulo 8 - Qualidade da Energia Eltrica [06] aborda os procedimentos

relativos qualidade da energia eltrica, levando em considerao a qualidade do

produto e a qualidade do servio.

Convm salientar que a Resoluo Normativa N 395, diz no seu Art. 24.

Ficam revogadas a Resoluo Normativa n 024, de 27 de janeiro de 2000, a

Resoluo n 505, de 26 de novembro de 2001, a Resoluo n 520, de 17 de

setembro de 2002, e a Resoluo Normativa n 345, de 16 de dezembro de 2008.,

ou seja, revoga todas as resolues listadas anteriormente e que eram relativas

qualidade da energia eltrica, porm as incluem quase que totalmente no escopo do

PRODIST - Mdulo 8, sendo que alm da tenso em regime permanente, tambm

so includas no escopo as perturbaes na forma de onda, conforme mostrado

abaixo:

a) Fator de potncia;

b) Harmnicos;

c) Desequilbrio de tenso;

d) Flutuao de tenso;

e) Variao de tenso de curta durao;

f) Variao de freqncia.

Com relao qualidade do servio, o Mdulo 8 estabelece a metodologia

para apurao, limites e compensaes (caso houver) dos indicadores de

continuidade (DEC, FEC, DIC, FIC, DMIC), e tambm do tempo de atendimento s

ocorrncias emergenciais (TMAE).

No que diz respeito qualidade do produto, caracteriza os fenmenos,

parmetros e valores de referncia relativos conformidade de tenso em regime

permanente e s perturbaes na forma de onda de tenso, estabelecendo

mecanismos que possibilitem ANEEL fixar padres para os indicadores de

qualidade da energia eltrica, relativo tenso em regime permanente. Porm,

ainda no foi definida metodologia de compensao relativa conformidade da

forma de onda de tenso, exceto aqueles relativos ao fator de potncia, conforme

Resoluo N 456 de Novembro de 2000 da Aneel [07].

Os valores relativos regulao de tenso em subestaes, ou seja, tenso

em regime permanente, so definidos conforme o Mdulo - 8 do PRODIST [06].


11

Os benefcios trazidos pela Resoluo 505 (e posteriormente pelo PRODIST

Mdulo 8) so citados no trabalho [08], onde citada a evoluo at a

consolidao desta resoluo dentro do cenrio de regulao da qualidade de

energia eltrica em regime permanente, em que houve melhora dos nveis de

fornecimento, bem como tambm influenciou na melhoria da qualidade de vida dos

usurios e como ponto favorvel, a diminuio da assimetria de informao existente

entre usurio, concessionria de servio pblico e a agncia reguladora.

No trabalho [09] citada a melhoria da qualidade dos servios prestados

pelas concessionrias de energia eltrica no Brasil a partir da implantao das

reformas do setor eltrico brasileiro, particularmente, com a criao e funcionamento

da Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL.

Uma abordagem interessante feita no trabalho [10], onde a qualidade da

energia eltrica analisada e tratada prioritariamente sob o foco do consumidor, isto

, considerando as suas reais necessidades tcnicas, os seus direitos e deveres e

ainda, em estrita consonncia com a verdadeira misso da concessionria e do

rgo regulador: prestar um servio adequado. Esse trabalho considera a vinculao

direta da qualidade da energia eltrica conformidade da tenso eltrica

disponibilizada. No Item 3.7 cita que a resoluo ANEEL n 505/2001 apresentou

um formidvel elenco de virtudes que devem ser destacadas em relao Portaria

DNAEE n 47/1978.

O artigo [11] fala sobre o processo de reestruturao do setor eltrico, como a

criao da Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL, do Operador Nacional do

Sistema Eltrico - ONS e sobre a separao do mercado de energia por meio da

desverticalizao dos segmentos de gerao, transmisso e distribuio, criando

com isso uma maneira de preservar a qualidade dos servios prestados atravs de

dispositivos legais que visam garantir a prestao de um servio adequado ao

consumidor.

Em [12] fica claro o controle cada vez maior de ndices de qualidade (DEC,

DIC, FEC e FIC) pelo agente regulador, e prope metodologias para quantificar e

propor solues de engenharia para melhoria de ndices de qualidade, ainda no

processo de planejamento.


12

Tambm citado no trabalho [13] a questo da qualidade na prestao dos

servios e a implantao dos sistemas de gesto da qualidade nas concessionrias

de energia eltrica.

Um projeto que tem a preocupao focada no treinamento de prestadores de

servio citado no trabalho [14], a fim de propiciar ao cliente de energia eltrica um

atendimento de maneira segura, eficiente e confivel.

O trabalho [15] Mostra uma metodologia de sistema distribudo para a

superviso da tenso em redes de distribuio de energia eltrica, onde so feitos

monitoramentos dos ndices DEC, FEC, DIC, FIC, DMIC, conforme resoluo 24 da

Aneel [01] e os ndices DRC, DRP, ICC, conforme resoluo 505 da Aneel [02].

2.2 - ASSUNTOS RELACIONADOS QUALIDADE DA ENERGIA ELTRICA

O Mdulo 8 - Qualidade da Energia Eltrica [06], alm das perturbaes em

regime permanente, na qual verifica e prope penalidades de acordo com a no

conformidade dos nveis de tenso de energia eltrica, tambm caracteriza as

perturbaes na forma de onda de tenso. Porm, ainda no fixou mecanismos

concretos que possibilitem ANEEL verificar e controlar indicadores de qualidade da

energia eltrica com relao forma de onda de tenso, ou seja, em regime

transitrio, por isso ainda no foi implementada a compensao aos consumidores

para caso de transgresso dos limites dos indicadores de qualidade.

Em um sistema eltrico ideal, as condies de operao so:

a) Tenses e correntes alternadas com formas de onda senoidais puras;

b) Amplitudes constantes nos valores nominais;

c) Freqncia da rede constante no valor sncrono;

d) Tenses trifsicas equilibradas;

e) Fator de potncia unitrio nas cargas;

f) Perdas nulas na transmisso.

Porm, as condies ideais so situaes tericas, pois podem ocorrer vrios

fenmenos na rede. De acordo com o PRODIST - Mdulo 8, os aspectos

considerados da qualidade do produto em regime permanente ou transitrio so:


13

a) tenso em regime permanente;

b) fator de potncia;

c) harmnicos;

d) desequilbrio de tenso;

e) flutuao de tenso (Efeito flicker);

f) variaes de tenso de curta durao;

g) variao de frequncia.

A Figura 2.1 apresenta uma classificao dos vrios tipos de distrbios:

Fig. 2.1 Resumos dos distrbios relacionados Energia Eltrica.

As perturbaes na forma de onda de tenso so devido ao uso crescente de

equipamentos eletro-eletrnicos em consumidores industriais, que contribuem para o

aumento da produo, porm trazem associados problemas relacionados

qualidade da energia eltrica, tanto para as empresas distribuidoras de energia

eltrica, quanto para os prprios consumidores.

O trabalho [16] mostra a de qualidade da energia eltrica em

estabelecimentos assistenciais de sade, onde demonstra a sua importncia, pois

est presentes nos mais diversos ramos de atividades e na maioria das resistncias,

onde so citados:

Equipamentos usados atualmente so mais sensveis qualidade da energia eltrica;

Recorte de tenso (notch)Interferncia eletromagntica

Distoroharmnica Cintilao ( f licker)

DISTORES NAFORMA DE ONDA

FLUTUAONA TENSO

TIPOSDE

DISTRBIOS

Variao na frequncia

VARIAONA

FREQNCIA TRANSITRIOSImpulsivos

Oscilatrios

VARIAES NATENSO

DE CURTA DURAO

SubtensoSobretenso

Afundamento ( Sag ) Elevao (Swell)

Interrupo (Outage)

VARIAES NA TENSO

DE LONGA DURAO


14

Empresas atualmente so mais sensveis s perdas na produtividade, comparadas com suas margens de lucro;

A eletricidade hoje vista como um bem coletivo; Ainda no esto definidas claramente as responsabilidades dos agentes do

setor eltrico brasileiro com relao qualidade da energia eltrica em regime

transitrio.

O progressivo interesse pela qualidade da energia eltrica deve-se,

principalmente, evoluo tecnolgica dos equipamentos eletro-eletrnicos, e hoje

amplamente utilizados nos diversos segmentos de atividades, seja ele industrial,

comercial ou residencial.

Um dos problemas atuais so as VTCDs, ou seja, as variaes de tenso de

curta durao (afundamento de tenso), que so comumente chamadas de SAGs.

As SAGs so danosas devido sensibilidade de cargas e processos

industriais frente a afundamentos de tenso. Em [17] proposta uma metodologia

de caracterizao da sensibilidade de processos industriais frente aos afundamentos

de tenso.

Em [18] proposto um software com o objetivo de estudos de afundamentos

de tenso, permitindo que, tanto concessionrias quanto consumidores, avaliem o

impacto dos afundamentos de tenso no sistema eltrico, representando um passo

importante no estabelecimento de medidas mitigadoras.

Com o mesmo foco, [19] apresenta um estudo de validao de ferramentas

de simulao de afundamentos atravs de medies efetuadas em uma

concessionria de energia eltrica.

Em [20] tem-se uma viso geral sobre as SAGs, baseada, inicialmente, no

levantamento das causas, caractersticas e fatores que influenciam a depresso de

tenso, so apresentadas as curvas de sensibilidade e os impactos dos principais

equipamentos eletro-eletrnicos que so mais sensveis, e por fim, so

apresentadas as principais medidas preventivas e corretivas que podem ser

adotadas tanto pelas concessionrias como pelo do consumidor.

O artigo [21] faz uma anlise do impacto das SAGs sobre equipamentos

eletrnicos, inicialmente sobre estatsticas de ocorrncias em termos de freqncia,


15

magnitude e durao. Posteriormente, levantou-se a sensibilidade de vrios

equipamentos eletrnicos frente a estes distrbios.

O artigo [22] trata da experincia do Centro de Pesquisa de Energia Eltrica,

CEPEL, no desenvolvimento de ferramentas computacionais e laboratoriais que

permitem a anlise e medio de problemas de qualidade da energia eltrica.

Em [23] analisada a qualidade da energia eltrica em consonncia com a

segurana industrial, no qual cita que O aumento das exigncias dos consumidores

tem forado empresrios de diversos setores produtivos a buscarem cada vez mais

eficincia e eficcia, objetivando principalmente a constante reduo de custos e a

melhoria da qualidade do produto final. A consequente modernizao de linhas de

produo industriais, cada vez mais automatizadas e utilizando microprocessadores

em larga variedade de equipamentos, processos e controles, tem tornado esses

processos industriais bastante vulnerveis aos problemas de qualidade da energia

eltrica. Esta tendncia acentuada de crescimento de cargas, baseadas na

eletrnica de potncia e microcomputadores, com processos e controles operativos

extremamente sensveis s variaes das caractersticas da energia eletromagntica

entregue, tem sido causa de muitas das reclamaes por uma melhoria na qualidade

do fornecimento de energia eltrica pelas concessionrias.

2.3 - ASSUNTOS RELACIONADOS AO PLANEJAMENTO DE UM SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO.

O PRODIST - Mdulo 8 [6], item 2.5.1 b, cita: os valores nominais devem

ser fixados em funo dos nveis de planejamento do sistema de distribuio de

modo que haja compatibilidade com os nveis de projeto dos equipamentos eltricos

de uso final, ou seja, a qualidade da energia eltrica comea a ser definida no

planejamento.

O PRODIST - Mdulo 2 [5] tem entre os seus objetivos, o de estabelecer as

diretrizes para o planejamento da expanso do sistema de distribuio, pois trata

dos critrios de tenso para operao normal ou em contingncia, sendo que os

limites operativos de tenso nos barramentos esto definidos no Mdulo 8

qualidade da energia eltrica.


16

O PRODIST - Mdulo 2 est diretamente envolvido com o processo de

regulao de tenso em subestaes, pois esse processo comea no planejamento,

incluindo a previso de aumento de cargas e necessidade de instalao de

dispositivos (capacitores, reguladores de tenso, recondutoramento de cabos, etc.),

na subestao, ou ao longo da linha de distribuio - LD, pois cita no item 2.7.2:

Quando ocorrer a ultrapassagem dos limites de tenso de atendimento das

unidades consumidoras, a correo do nvel de tenso dever ser na prpria

subestao ou nas linhas e redes de distribuio.

A atividade de planejamento tem o objetivo de adequar o sistema eltrico de

distribuio - SED s futuras solicitaes do mercado consumidor, garantindo um

suprimento de energia eltrica com nveis de qualidade compatveis com esse

mercado, levando em considerao as normas vigentes e adequao dos custos.

O planejamento de um SED preocupa-se freqentemente com a previso de

queda de tenso e perdas de potncia ativa que possam vir a ocorrer nessa rede,

avaliao ano a ano em que uma eventual restrio de tenso possa ocorrer e a

determinao do custo das perdas, queso alguns dos motivos para que se tenha

metodologias para realizar a estimativa dessas grandezas durante certo perodo de

tempo.

O planejamento eltrico de um SED elaborado de forma que permita

efetuar anlises e projees das grandezas do sistema, tais como, carregamento,

nveis de tenso e perdas dos alimentadores e subestaes. O trabalho [24] refere-

se ao planejamento usado pela CEMIG, com o objetivo de otimizar investimentos e

atender os nveis de qualidade de acordo com as regras do PRODIST, e elaborou

uma metodologia que integra algumas microrregies, com o objetivo de racionalizar

o planejamento, otimizar a topologia e investimentos.

O artigo [25] foca na importncia do planejamento em uma concessionria

de energia eltrica, pois uma atividade que antecede a aplicao dos

investimentos mais significativos. Esses investimentos consistem desde a troca pura

e simples de um transformador de distribuio, at a construo de usinas,

passando pela construo de novos alimentadores ou subestaes de distribuio,

ampliao das capacidades das subestaes existentes, recapacitao de linhas de

distribuio existentes e/ou construo de linhas novas, assim como medidas de

menor investimento econmico, tais como a instalao de bancos de capacitores em


17

redes de distribuio e/ou em subestaes de distribuio, instalao de bancos de

reguladores de tenso, etc.

No final dos anos 90 grande parte dos mtodos de simulao da expanso,

baseava-se em uma abordagem esttica, obtendo-se uma soluo para um conjunto

fixo de dados. Estudos em planejamento dinmico, considerando a evoluo das

cargas ao longo do tempo e conseqentes alteraes topolgicas nas redes, no

tinham muito sucesso quando aplicados a redes de tamanho real. Os modelos

matemticos em que se baseiam estas tcnicas so muito pesados ou ocultam

determinados aspectos de projeto que os engenheiros de planejamento consideram

importantes nos sistemas de distribuio.

O trabalho [26] Cita a necessidade de melhoria atravs de melhores

mtodos de planejamento, e cita uma tcnica que estava sendo desenvolvida,

algoritmo-matemtico baseada na evoluo natural dos organismos, conhecida

como Algoritmos Genticos (AG).

Em [27] so citadas as tcnicas de redes neurais artificiais na previso de

consumo de carga eltrica. Em [28] tambm feito um estudo de previso de carga

de curtssimo prazo via RNA (redes neurais artificiais).

Em [29] apresentada uma metodologia para soluo do problema de

expanso de redes de distribuio, usando um modelo de otimizao no linear que

considera uma funo objetivo que minimiza os custos de expanso e todas as

restries necessrias para representar realisticamente o sistema. A tcnica de

soluo proposta para este problema um algoritmo de Busca Tatu (BT).

A apresentao de uma nova metodologia para o planejamento de redes

secundrias de um SED, que visa a minimizao dos custos atravs de mtodos

heursticos de otimizao feita no trabalho [30]

Em [31] feito o trabalho de proposio automtica de reforo em redes de

distribuio de energia eltrica utilizando Programao Linear (PL) e Algoritmos

Genticos (AG).

O trabalho [32] apresenta os conceitos tericos, modelos matemticos,

tcnicas de soluo e resultados de pesquisas desenvolvidas envolvendo o

planejamento de um SED.

Em [33] proposta uma metodologia de modelagem de carga, para estudo

de planejamento. Discutem-se os impactos e benefcios de uma correta modelagem


18

de carga para os diversos estudos de uma rede de distribuio, abordando a

adequada aplicao dos nveis de tenso aos barramentos de mdia tenso e sua

correlao com a questo da modelagem de carga.

2.4 - CORREO DO NVEL DE TENSO EM UM SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO.

Os clculos para o comportamento da tenso e das perdas de potncia ativa

so feitos no processo de planejamento, conforme limites de tenso definidos pelo

PRODIST - Mdulo 8. Caso ocorra a possibilidade de nveis de tenso em regime

permanente inadequados, devero ser feitas aes para a correo desses valores.

O nvel de tenso no consumidor determinado pela tenso na subestao

e pelas quedas de tenso nas linhas e transformadores, variando com flutuaes

nos nveis de consumo, com o fator de potncia das cargas e flutuaes na tenso

nas subestaes.

As concessionrias de distribuio de energia eltrica enfrentam dificuldades

para controlar o fator de potncia do sistema de distribuio, manter nveis de

tenses adequados e patamares aceitveis de perdas ativas do sistema. Para

mitigar esses problemas utiliza-se a instalao de reguladores de tenso (OLTC) ao

longo dos alimentadores, ou atravs da racionalizao da potncia reativa do

sistema, com a instalao de bancos de capacitores (shunt ou srie), sendo a

deciso de instalao desses equipamentos, definida conforme as caractersticas da

rede de distribuio.

A localizao desses equipamentos, reguladores de tenso (RT1), capacitor

shunt ou derivao (CAP.1) e capacitores srie (CAP.2), em uma rede de

distribuio de energia eltrica padro, esto mostrados na Figura 2.2:


19

Fig. 2.2 Topologia padro de uma rede de distribuio de mdia tenso.

A escolha dos melhores locais para instalao de capacitores fixos ou

chaveados (isto , com possibilidade de fornecer nveis diferentes de energia

reativa), e suas respectivas capacidades, realizada nos procedimentos de

planejamento. O maior volume de perdas ocorre nos sistemas de distribuio de

energia eltrica. Capacitores shunt so largamente utilizados nos alimentadores

primrios dos sistemas de distribuio para compensar potncia reativa e

conseqentemente obter melhor perfil de tenso, redues das perdas de potncia e

energia, e aumento da capacidade da rede de distribuio em atender carga ativa.

Um estudo sobre a alocao tima dos capacitores Proposto no trabalho

[34], onde determina as localizaes, os dimensionamentos e o nmero de

capacitores a serem instalados no sistema de distribuio, tal que, o mximo de

benefcios seja alcanado, enquanto todas as restries operacionais sejam

satisfeitas para diferentes nveis de carregamento.

O trabalho [35] Apresenta a metodologia desenvolvida e empregada no

planejamento estratgico para priorizao da instalao de bancos de capacitores

da AES Eletropaulo, utilizando ferramentas computacionais, informaes

operacionais, medies e gerenciamento de dados de venda de energia,

convergindo o resultado dos alimentadores priorizados atravs do retorno financeiro

na forma decrescente, de uma maneira confivel e eficaz.

Na dissertao [36] busca-se otimizar a alocao de bancos de capacitores

em redes primria e secundria de energia eltrica, atravs da otimizao da

alocao dos mesmos nas redes primria e secundria de sistemas de distribuio


20

baseada em algoritmos genticos (AG), juntamente com o mtodo de fluxo de

potncia da somas das correntes.

A deciso do local timo de instalao de bancos de capacitores citada no

trabalho [37], onde diz que essa deciso corresponde a um problema de

programao matemtica combinatria, e que a determinao da influncia da

modelagem da carga na soluo do problema, a incluso de objetivos tcnicos

relacionados ao controle de tenso, custos de operao e de manuteno, e perdas

de potncia e energia, resultando numa nova formulao multi-critrios com critrios

conflitantes para o problema, e a viabilidade da aplicao de algoritmos genticos

como mtodo de soluo dessa nova formulao, justificaram o desenvolvimento

desta pesquisa.

O trabalho [38] cita que a aplicao de bancos de capacitores amplamente

utilizada nos SDMT (Sistema de Distribuio de Mdia Tenso), e que os

capacitores do SDBT (Sistema de Distribuio de Baixa Tenso) podem

proporcionar reduo tanto no carregamento dos circuitos de SDBT como nos

transformadores, maior regulao da tenso, melhoria do fator de potncia, refletida

nos circuitos de SDMT.

A aplicao de sistemas de compensao srie amplamente utilizada em

sistemas de transmisso. Em um SED, na maioria dos casos de regulao de

tenso, a utilizao de reguladores de tenso ou banco de capacitores shunt

representam um menor custo em relao aos bancos de capacitores srie. Porm,

quando se tem linhas longas, onde se pretende o aumento da capacidade de

transmisso, controle de tenso auto regulado e contnuo, melhoria do fator de

potncia e diminuio de perdas, a compensao srie passa a ser competitiva.

A utilizao da filosofia de compensao srie em sistemas de distribuio

apresentada em [39] e cita que tambm tem apresentado inmeros benefcios,

sendo que muitos projetos comprovam tcnica e economicamente as vantagens

sobre o sistema convencional com reguladores de tenso e capacitores shunt. O

trabalho [40] tambm cita que o capacitor srie sempre se apresentou como uma

boa soluo para resolver problemas de regulao de tenso na distribuio, para

os casos de alimentadores longos, principalmente se puder ser implementada uma

sobre-compensao, pois alm de compensar a indutncia da linha compensa parte


21

dos reativos da carga, reduzindo a corrente que circula na linha, minimizando as

perdas e ampliando ainda mais a capacidade de correo de tenso do banco.

2.5 - PERDAS EM UM SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO

Entre os Mdulos do PRODIST existe o Mdulo 7 - Clculo de Perdas na

Distribuio [41], que tem o objetivo de definir os indicadores de perdas e

estabelecer as disposies gerais sobre os dados necessrios para o clculo das

perdas por segmento de distribuio.

As perdas em um SED podem ser classificadas em:

a) Perdas Tcnicas:

Prprias da rede e devido ao transporte e transformao de energia. So

aquelas intrnsecas ao sistema (efeito joule, efeito corona, correntes de

Foucault, correntes de fuga, etc.), podendo ocorrer em condutores, circuitos

magnticos, conectores, dieltricos de capacitores, equipamentos de

proteo e regulao, dispositivos de medio, etc.

b) Perdas no-tcnicas:

Decorrentes de erro e/ou no medio de energia.

As perdas tcnicas de energia em um SDMT e SDBT so decorrentes das

resistncias eltricas nas linhas e pela natureza indutiva de algumas cargas e

reatncias das linhas, parte da energia dissipada devida aos fluxos de potncias

reativas entre a subestao e os pontos de carga, ou seja, a queda de tenso em

um SED uma conseqncia direta das perdas tcnicas.

Capacitores instalados prximos s cargas podem fornecer energia reativa

local, diminuindo as perdas de energia na rede. O trabalho [42] apresenta inovaes

conceituais e de implementao, que permitem o resgate da abordagem por

programao dinmica para a soluo do problema de instalao e

dimensionamento de capacitores fixos em redes de distribuio, para perfis de

cargas fixos ou variveis.

Conforme [43] as perdas em 2001 eram da ordem de 15% da energia

requerida, equivalentes a 46.904 GWh, sendo 32% deste montante correspondente


22

s perdas no tcnicas, e so feitas consideraes sobre as perdas na distribuio

de energia eltrica no Brasil, onde comentado que as perdas so inerentes ao

processo de transmisso e distribuio de energia eltrica, tanto as perdas tcnicas,

entendidas como tais as decorrentes da interao da corrente eltrica e de seus

campos eletromagnticos com o meio fsico de transporte de energia, como as

perdas comerciais, referentes energia entregue, mas no faturada. Comenta

tambm que as menores taxas de perdas, inferiores a 6%, encontram-se em pases

desenvolvidos ou nos Tigres Asiticos, como, por exemplo, Finlndia, Alemanha,

Japo, Blgica, ustria, Frana, Sua, Holanda, Repblica da Coria e Cingapura.

Existem vrios trabalhos relacionados perdas, sendo referentes melhor

configurao de uma determinada rede [44], to quando a avaliao econmica de

transformadores de distribuio com base no carregamento e eficincia energtica

[45].

A questo de perdas uma rea muito estudada atualmente, pois tem

reflexo diretamente na gerao de receita pelas concessionrias. Pode-se dizer que

a regulao s necessria devido queda de tenso ao longo do SED, ou seja,

devido s perdas.

Na referencia [46] apresentada uma metodologia de clculo de perdas em

sistemas de distribuio, agregando estudo de nveis de tenso eltrica ao processo

de clculo. Cita tambm que a reduo de perdas de energia uma parte importante

do problema geral de controle, planejamento e projeto de sistemas de potncia.

2.6- ASSUNTOS RELACIONADOS REGULAO DE TENSO

O trabalho [47] cita que o raio de ao, ou o carregamento mximo de um

alimentador limitado pela queda de tenso ou corrente mxima admissvel, e que

normalmente o limite de queda de tenso alcanado primeiro, e que processos de

regulao de tenso podem ser adotados para evitar a restrio de queda de

tenso. Esse prolongamento da vida til pode ser conseguido atravs da instalao

de reguladores de tenso e/ou capacitores.

Em relao aos equipamentos utilizados para correo de tenso em um

SED, importante destacar que alguns tm capacidade apenas de executar

correo de tenso, e no regulao de tenso. Esse o caso, por exemplo, dos


23

capacitores, que na maioria das vezes so estticos, ou seja, ficam normalmente

energizados, independentemente do nvel de controle de tenso desejado para o

sistema em dado momento, e quando so desenergizados ocasionam uma variao

brusca na tenso, sendo normalmente necessria a comutao dos reguladores de

tenso na subestao ou ao longo da rede (quando houver).

Existem tambm os bancos de capacitores chaveados, que podem ser

energizados parcialmente, de acordo com a necessidade do sistema para o controle

de tenso, mas dever ser estabelecida uma filosofia de controle hierrquico,

considerando as caractersticas da carga de cada subestao de distribuio, dos

sistemas regionais de subtransmisso e do sistema de transmisso, porm so

muito mais caros, e normalmente so preteridos em prol dos reguladores de tenso.

O perfil de tenso no ciclo dirio de carga ou em condies de emergncia

uma varivel de fundamental importncia para determinar a qualidade de

atendimento aos clientes. Para esses casos so usados os reguladores de tenso

ao longo do SDMT, onde normalmente so controlados usando a mesma filosofia de

regulao de tenso atravs do CAT (controle automtico de tenso), Porm, esses

reguladores de tenso instalados na rede so fontes de VTCDs.

Em [48] apresentada uma tecnologia baseada em eletrnica de potncia

como alternativa aos comutadores eletromecnicos de taps, que so utilizados nos

reguladores de tenso para SDMT. O estudo realizado mostrou que a operao dos

reguladores de tenso com comutador eletrnico de taps possibilitou uma reduo

significativa no tempo de regulao da tenso, o que reflete diretamente em uma

melhoria na qualidade da energia fornecida principalmente devido capacidade de

compensao de VTCDs.

A busca constante da melhoria na qualidade do fornecimento de energia,

levou a Escelsa a trabalhar fortemente na otimizao e controle de tenso do seu

sistema eltrico [49].

O trabalho [50] mostra que em 1988 j se discutia uma metodologia de

regulagem de tenso diferente do modelo tradicional (LDC). Nesse modelo foi

proposta uma alternativa, onde a regulao de tenso feita de acordo com a

variao de corrente e do fator de potncia instantneo do circuito.

O trabalho [51] descreve uma metodologia onde a regulao de tenso ser

feita de acordo com a variao da carga. Esta ferramenta chamada de reta de carga


24

atende exatamente esta necessidade de se variar a tenso de referncia em funo

da carga. Os efeitos diretos na utilizao desta ferramenta a obteno de uma

tenso regulada maior em momentos de pico de demanda.

No trabalho [52] proposta uma metodologia pela Elektro para atender a

regulao de tenso alternativa tcnica de LDC, que no se mostrou satisfatria

em algumas situaes de regulao de tenso que fosse capaz de suprir as

caractersticas de sazonalidade de suas redes de distribuio devido ao perfil dos

consumidores, por mudanas nas configuraes do sistema eltrico em situaes de

manobras ou ainda por caracterstica da carga durante um dia tpico onde, durante o

dia, a carga fortemente industrial em determinadas partes de uma regio eltrica

(distritos industriais) e, no horrio de ponta, fortemente residencial em outras partes

da mesma regio eltrica (bairros residenciais). Esse artigo apresenta as

experincias e os resultados obtidos com a aplicao do novo sistema de regulao

de tenso, que opera considerando a sazonalidade das cargas.

Na referncia [53] proposto um sistema que usa inteligncia artificial

(Lgica Fuzzy), que atua no CAT da subestao, propondo uma forma mais flexvel

de comutao de taps, nos diferentes regimes de carga (leve, mdia e pesada),

alm de melhorar o perfil de tenso em carga pesada. Esse trabalho prope

implementar funes inteligentes para o rel de regulao de tenso, que se

adaptem s condies de cada subestao.Em [54] tambm proposto um sistema

inteligente, atravs do uso de Lgica Fuzzy para realizar o controle de tenso em

reguladores de tenso, tornando os rels de controle de tenso adaptativos.

Em [55] proposta a otimizao dos ajustes de reguladores de tenso

aplicados em redes de distribuio com acentuada variao de carga, visando

atender a legislao e a satisfao dos clientes.

Captulo III - Planejamento do Sistema Eltrico de Distribuio

25

CAPTULO III

PLANEJAMENTO DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUICO

3.1. - INTRODUO O planejamento da expanso do sistema eltrico de distribuio (SED) uma atividade que antecede a aplicao dos investimentos numa empresa de

distribuio de energia eltrica. Os investimentos consistem desde a troca de um

transformador de distribuio, passando por novos alimentadores de distribuio,

novas subestaes de distribuio, ampliao das capacidades das subestaes

existentes, recapacitao de linhas de distribuio existentes e/ou construo de

linhas novas, assim como medidas, como instalao de bancos de capacitores em

redes de distribuio e/ou em subestaes de distribuio, instalao de reguladores

de tenso ao longo da LD, etc.

Todas essas aes visam o atendimento ao sempre crescente mercado

consumidor de energia eltrica. Alm disso, exige-se das empresas um atendimento

ao mercado com mais qualidade, comprovada pelos indicadores nacionais de

qualidade definidos pela ANEEL. Acrescente-se a essas obrigaes de carter

tcnico outra igualmente importante: sobreviver no mercado competitivo e dar lucro

para os seus acionistas. O PRODIST Mdulo 2 Planejamento da expanso do sistema de distribuio [5] tem entre os seus objetivos, o de estabelecer as diretrizes para o

planejamento da expanso do sistema de distribuio, pois trata dos critrios de

tenso para operao normal ou em contingncia, sendo que os limites operativos

de tenso nos barramentos esto definidos no Mdulo 8 Qualidade da Energia

Eltrica.


26

O Mdulo 8, item 2.5.1 b, cita: os valores nominais devem ser fixados em funo dos nveis de planejamento do sistema de distribuio de modo que haja

compatibilidade com os nveis de projeto dos equipamentos eltricos de uso final,

ou seja, a qualidade da energia eltrica, comea a ser definida no planejamento. O Mdulo 2 est diretamente envolvido com o processo de regulao de tenso em subestaes, pois esse processo comea no planejamento, incluindo a

previso de aumento de cargas e necessidade de instalao de dispositivos

(capacitores, reguladores de tenso, recondutoramento de cabos, etc.), na

subestao, ou ao longo da rede, pois cita no item 2.7.2, Quando ocorrer a

ultrapassagem dos limites de tenso de atendimento das unidades consumidoras, a

correo do nvel de tenso dever ser na prpria subestao ou nas linhas e redes

de distribuio. Conhecer a demanda de energia eltrica previamente faz com que medidas preventivas sejam tomadas, visando garantia da qualidade. O nome dado ao estudo

do comportamento futuro do consumo de energia previso de carga. O

planejamento e projeto do sistema de distribuio feito com base numa previso

de carga de longo e mdio prazo. Se a previso feita de forma muito conservativa,

a capacidade instalada provavelmente se esgotar em pouco tempo, acarretando

problemas de continuidade de servio, regulao de tenso e at mesmo de

racionamento de energia. Por outro lado, uma previso de carga bastante otimista

pode conduzir instalao de um sistema com capacidade excessiva. O planejamento em SED preocupa-se com a previso da queda de tenso e das perdas de potncia ativa que podem ocorrer nestas redes. A avaliao ano a ano em que uma eventual restrio de tenso possa ocorrer e a determinao do custo das perdas, so alguns dos motivos para que se

tenha metodologias para realizar a estimativa dessas grandezas durante certo

perodo de tempo.


27

3.2 - CARACTERIZAO DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO

Suprimento

SED Sistema Eltrico de Distribuio

SD - Subestao de Distribuio

SDMT Sistema de Distribuio de Mdia Tenso

SDBT Sistema de Distribuio de Baixa Tenso.

Consumidor primrio

Transformador de Distribuio

Ramal de Ligao Medidor de Energia

SDAT Sistema de Distribuio de Alta Tenso

Fig. 3.1 Topologia padro de um sistema eltrico de distribuio.

As redes eltricas so usualmente classificadas em trs nveis:

(SDAT) Sistema de distribuio de alta tenso (69 kV ate 230 kV); (SDMT) Sistema de distribuio de mdia tenso (1kV at < 69 kV); (SDBT) Sistema de distribuio de baixa tenso (< 1 kV).

A carga caracterizada pelas demandas de potncia ativa e reativa, sendo

dividida em horrios, normalmente considerada como:

Carga Leve (00:00 s 8:00 hs); Carga Mdia (08:00 s 18:00 hs e 21:00 s 24:00 hs); Carga Pesada (18:00 as 21:00 hs).


28

3.2.1 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso (SDAT)

Para o SDAT, o objetivo do planejamento definir um plano de obras para o

horizonte de estudo, visando adequar o sistema existente s melhores condies

operativas e atender s necessidades do crescimento da gerao e do consumo de

energia eltrica, fornecendo subsdios para a definio dos pontos de conexo. O

horizonte de previso de dez anos, com periodicidade anual.

3.2.2 - Sistema de Distribuio de Mdia Tenso (SDMT) e das Subestaes de Distribuio (SD) O objetivo do planejamento das SD e do SDMT definir a expanso dos alimentadores, a expanso das SD existentes e a localizao das novas, compondo

um conjunto de obras para atender o incremento de carga, observando os critrios

tcnicos, econmicos e ambientais. O horizonte dos estudos do SDMT de sete anos e das SD de dez anos, ambos discretizados anualmente. Esses estudos devem ser revisados a cada ano e

devem incluir uma avaliao crtica entre o planejado e o realizado no ano anterior. As tenses mais usadas so 13.8kV, podendo haver sistemas operando normalmente at 34.5 kV. 3.2.3 - Sistema de Distribuio de Baixa Tenso (SDBT) O objetivo do planejamento do SDBT definir a expanso das redes secundrias do sistema de distribuio, compondo um conjunto de obras para

atender o incremento da carga, observando os critrios tcnicos, contbeis e

econmicos. O planejamento do SDBT deve definir um plano de obras para um horizonte de sete anos, visando adequar o sistema existente ao atendimento de novas cargas

e s melhores condies operativas.


29

3.3 PLANEJAMENTO DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO (SED) A atividade de planejamento tem o objetivo de adequar, o SED s futuras solicitaes do mercado consumidor, garantindo um suprimento de energia eltrica

com nveis de qualidade compatveis com esse mercado, levando em considerao

as normas vigentes e adequao dos custos.

3.3.1- Nveis de Planejamento Existem 2 nveis de planejamento: estratgico e ttico.

3.3.1.1 - Planejamento Estratgico o processo de decidir sobre a escolha dos objetivos atuais da distribuio, com uma perspectiva de longo prazo (10 anos), verificando quais investimentos

sero necessrios para a manuteno dos nveis de qualidade de fornecimento,

confrontados com o crescimento e a evoluo do SED.

3.3.1.2 - Planejamento Ttico o processo de escolha dos recursos para se atingir os objetivos propostos. Analisa as condies tcnicas, geogrficas e econmicas do SED com horizonte de

mdio prazo (at 7 anos), verificando as questes de onde, quando e no que

investir. Cabe ao planejamento ttico os detalhes da expanso, ampliao e reforos

no SED, resultando no plano de obras.

3.3.2- Metas de Qualidade A fixao de metas de qualidade constitui um ponto essencial no processo de planejamento das empresas (concessionrias) de distribuio de energia eltrica. Essas metas fixadas no nvel de planejamento estratgico passam a ser os pontos estabelecidos para a definio dos critrios tticos, ou seja, na localizao e


30

no arranjo do SED, na localizao e escolha de equipamentos de regulao de

tenso e seccionamento automtico, na configurao da rede de distribuio e infra-

estrutura de operao e manuteno. importante salientar que as metas de qualidade so fixadas pela Aneel, atravs do PRODIST, para todas as concessionrias de distribuio de energia

eltrica, onde so levadas em considerao a disponibilidade de recursos

financeiros, despesas de investimentos e remunerao adequada para esses

investimentos. A qualidade de fornecimento de energia eltrica definida atravs de duas maneiras: qualidade do produto e qualidade do servio.

3.3.2.1 - Qualidade do Produto

Relaciona os indicadores e padres a serem calculados e monitorados para

a boa qualidade do produto, prevendo punies no caso de violao das faixas

limites admissveis, sendo:

a) tenso em regime permanente;

b) fator de potncia;

c) harmnicos;

d) desequilbrio de tenso;

e) flutuao de tenso (Efeito flicker);

f) variaes de tenso de curta durao;

g) variao de frequncia.

O PRODIST - Mdulo 8, alm das perturbaes em regime permanente na

qual verifica e prope penalidades de acordo com a no conformidade dos nveis de

tenso de energia eltrica, tambm caracteriza as perturbaes na forma de onda

de tenso. Porm, ainda no fixou mecanismos concretos que possibilitem ANEEL

verificar e controlar indicadores de qualidade em relao forma de onda de tenso,

ou seja, em regime transitrio, por isso ainda no foi implementada a compensao

aos consumidores para o caso de transgresso dos limites dos indicadores de

qualidade.


31

Com relao aos indicadores de tenso em regime permanente, so

apurados os indicadores individuais: durao relativa da transgresso de tenso

precria (DRP) e durao relativa da transgresso de tenso crtica (DRC),

aplicando-se as seguintes equaes, tambm constantes no PRODIST Mdulo 8.

%nplDRP 1001008

.= (3.1)

%npcDRC 1001008

.= (3.2)

Onde npl e npc so, respectivamente, os nmeros de leituras nas faixas

precrias e crticas. Estes indicadores so levantados para cada barra do

alimentador, onde so estabelecidos intervalos de 10 minutos, o que equivale a

1008 medies em 1 semana.

Caso ocorram transgresses dos valores conforme definidos nas Tabelas

1.1, 1.2 e 1.3, ser calculada uma compensao a quem tiver sido submetido ao

servio inadequado, conforme regras definidas no PRODIST Mdulo 8.

3.3.2.2 - Qualidade do Servio

So verificados os ndices de continuidade para o sistema de distribuio e

os ndices relacionados ao tempo de atendimento a ocorrncias emergenciais, a

seguir:

3.3.2.2.1 - Indicadores de continuidade

Utiliza uma metodologia de apurao de ndices de continuidade para o

sistema de distribuio (DEC, FEC, DIC, FIC, DMIC), do tempo de atendimento de

ocorrncias e do sistema de monitoramento automtico dos indicadores de

qualidade, sendo:


32

a) DEC (Durao equivalente de interrupo por consumidor):

Indica o nmero de horas em mdia que um consumidor fica sem energia

eltrica durante um perodo.

b) FEC (Freqncia equivalente de interrupo por consumidor):

Indica quantas vezes houve interrupo.

c) DIC (Durao de interrupo individual por unidade consumidora):

Indica quanto tempo um consumidor ficou sem energia eltrica durante um

perodo considerado.

d) FIC (Freqncia de interrupo individual por unidade consumidora):

Indica nmero de vezes que um consumidor ficou sem energia eltrica

durante um perodo considerado.

e) DMIC (Durao mxima de interrupo contnua por unidade

consumidora).

Indica o tempo mximo de cada interrupo, impedindo que a

concessionria deixe o consumidor sem energia eltrica durante um

perodo muito longo.

3.3.2.2.2 - Indicadores de Tempo de Atendimento a Ocorrncias Emergenciais

a) TMP (tempo mdio de preparao):

Tempo mdio de preparao da equipe de atendimento de emergncia,

expresso em minutos. Esse indicador mede a eficincia dos meios de

comunicao e dos fluxos de informao dos Centros de Operao.

b) TMD (tempo mdio de deslocamento):

Tempo mdio de deslocamento da equipe de atendimento de emergncia,

expresso em minutos. Esse indicador mede a eficcia do


33

dimensionamento e localizao geogrfica das equipes de manuteno e

operao.

c) TME (tempo mdio de execuo):

Tempo mdio de execuo do servio at seu restabelecimento pela

equipe de atendimento de emergncia, expresso em minutos. Esse

indicador mede a eficcia do restabelecimento do sistema de distribuio

pelas equipes de manuteno e operao.

d) TMAE (tempo mdio de atendimento a emergncias):

Tempo mdio de atendimento a ocorrncias emergenciais, representando

o tempo mdio de mobilizao da equipe de atendimento de emergncia,

expresso em minutos utilizando a seguinte frmula:

TMAE = TMP + TMD + TME.

3.4 - PREVISO DE DEMANDA (CARGA)

Uma das tarefas bsicas do planejamento a previso de carga, onde so

consideradas a evoluo histrica das cargas e a previso de crescimento futuro.

Conhecer a demanda de energia eltrica previamente faz com que medidas

preventivas sejam tomadas, visando garantia da qualidade. O nome dado ao

estudo do comportamento futuro do consumo de energia previso de carga. O

planejamento e projeto do sistema de distribuio so feitos com base numa

previso de carga a longo e mdio prazo. Se a previso feita de forma muito

conservativa, a capacidade instalada provavelmente se esgotar em pouco tempo,

acarretando problemas de continuidade de servio, regulao de tenso e at

mesmo de racionamento de energia. Por outro lado, uma previso de carga bastante

otimista pode conduzir a instalao de um sistema com capacidade excessiva.

As projees de consumo so feitas por classe de consumidores:

Consumidores residenciais; Consumidores industriais; Consumidores comerciais;


34

Outros (consumidores rurais, iluminao pblica, poderes pblicos, servios pblicos, perdas de energia).

3.5 - ANLISE DO SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO (SED) EXISTENTE Essa etapa do planejamento tem a funo de diagnosticar as condies de operao atuais e as previstas para os prximos anos. Essa anlise baseia-se na verificao atual do carregamento e dos nveis de

qualidade, e o comportamento do sistema para o atendimento das cargas futuras,

verificando a necessidade de obras para a expanso do sistema.

As anlises do SED so feitas separadamente, conforme a seguir:

3.5.1 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso (SDAT)

Devero ser abordados os seguintes itens:

Nveis de continuidade; Nveis de tenso; Carregamento; Equipamento de proteo.

3.5.2 - Sistema de Distribuio de Mdia Tenso (SDMT) e das Subestaes de Distribuio (SED)


Nveis de continuidade; Nveis de tenso; Perfil de carga e carregamento; Nveis de Curto-Circuito; Seccionamento e Proteo.


35

3.5.3 - Sistema de Distribuio de Baixa Tenso (SDMT)


Nveis de continuidade; Nveis de tenso; Carregamento.

3.6 - PLANO DE OBRAS Aps a previso da carga e anlise do SED existente, torna-se necessria a

definio do plano de obras a curto, mdio e longo prazo, com a funo de corrigir

as deficincias atuais (caso existam) e de preparar o SED para as obras de

atendimento carga futura.

As alternativas devem atender as metas de qualidade de servio e para isso

so feitas simulaes com relao qualidade de tenso, confiabilidade e

carregamento para cada ano do horizonte.

3.6.1 - Estudos do Sistema Eltrico

Apenas exemplificando, os seguintes pontos devem ser analisados:

a) Tenso Nominal:

So verificados os nveis de tenso ao longo do alimentador, e as

solues necessrias para estarem em conformidade com a legislao

atual (PRODIST Mdulo 8).

b) Transformador e circuito secundrio:

So levados em considerao os tipos de sistemas mais utilizados

(paralelo, radial, areo, subterrneo, etc).

c) Distribuio primria:

So verificados os diversos modelos disponveis: area, area protegida,

subterrnea, etc. e podendo ser radiais, radiais com recursos interligados

(interligao com chave NA), etc


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d) Subestaes:

Preferencialmente as subestaes devero estar localizadas o mais

prximo possvel do centro de carga. Devendo ser verificados os seguintes

itens?

Planejamento: So verificados vrios fatores, tais como: demanda inicial e projetada,

disponibilidade de circuitos de alimentao da SD e seus arranjos,

tenso de distribuio, disponibilidade de terreno, etc.

Arranjo da Subestao: So verificados os arranjos possveis da SD, tais como: barra simples

ou dupla, disjuntores de transferncia, transfer-trip, chave de

aterramento, etc.

Localizao: So verificadas as conexes com alimentadores e linhas de

transmisso, distncia do centro de carga, atendimento a emergncias,

custo do terreno, etc.

e) Subtransmisso:

Normalmente so privilegiadas as linhas areas devido ao custo, porm as

linhas subterrneas so necessrias para as reas densamente

povoadas. A configurao dos circuitos (radial ou anel) verificada de

acordo com confiabilidade e custos.

3.6.2 - Analise Tcnico-econmica As alternativas formuladas devero atender aos requisitos de qualidade de servio. A anlise tcnica visa a verificao das condies desse atendimento. A

anlise econmica verifica todos os custos e investimentos associados.


37

3.6.2 1 - Analise Tcnica

Consiste no clculo da queda de tenso, da confiabilidade e carregamento

dos condutores, atravs da simulao das condies operativas do sistema eltrico

previsto em cada alternativa:

a) Tenso:

Os valores de tenso so definidos conforme as regras da ANEEL

(PRODIST- Mdulo 8)

As simulaes so feitas atravs de softwares de fluxo de carga, sendo

que so fornecidos os seguintes resultados:

Trechos do alimentador com nvel de tenso fora da faixa; Elevao de tenso e reduo de corrente provocada por instalao de

banco de capacitores;

Regulao de tenso devido instalao de reguladores de tenso; Carregamento dos condutores e equipamentos; Fluxo de carga; Correntes de curto circuito.

b) Continuidade e Qualidade do Servio:

Os valores de continuidade e os valores da qualidade do servio so

definidos conforme regras da ANEEL (PRODIST - Mdulo 8).

c) Carregamento:

Os clculos de carregamento consistem na relao entre a corrente de

carga e a corrente mxima admissvel em determinado ponto. Os nveis de

carregamento so estabelecidos em funo das condies operativas dos

alimentadores, em condio normal e de emergncia.

3.6.2.2 - Anlise Econmica

So feitas avaliaes de anlise econmica, custos de perdas e custos de

operao e manuteno.


38

a) Determinao do valor do investimento:

Deve contemplar todos os recursos materiais e humanos necessrios

execuo do investimento:

Custo de materiais e equipamentos; Compra e/ou desapropriao de terrenos e aquisio de servides; Mo-de-obra da empresa; Servios contratados; Outras despesas.

b) Custos de operao e manuteno:

Devero ser verificados os custos com operao, manuteno, tempo de

atendimento a ocorrncias de acordo com a importncia do sistema,

sendo coerente com as regras de qualidade da ANEEL.

c) Avaliao e custo das perdas:

As perdas implicam na gerao de energia adicional, sem uma

contrapartida na remunerao dos custos. So divididas em perdas

tcnicas e perdas no-tcnicas.

3.7 - PERDAS EM UM SISTEMA ELTRICO DE DISTRIBUIO

As perdas no tcnicas no so calculadas diretamente, so calculadas pela

diferena entre a perda total e a perda tcnica.

a) Perdas Tcnicas:

Prprias da rede e devido ao transporte e transformao de energia. So

aquelas intrnsecas ao sistema (efeito joule, efeito corona, correntes de

Foucault, correntes de fuga, etc), podendo ocorrer em condutores,

circuitos magnticos, conectores, dieltricos de capacitores, equipamentos

de proteo e regulao, dispositivos de medio, etc.

b) Perdas no-tcnicas:

Decorrentes de erro e/ou no medio de energia.


39

A perda total calculada pela diferena entre a energia requerida pela rede

e pelo consumo.

Para a avaliao das perdas tcnicas so considerados os seguintes

componentes:

Condutores da rede primria e secundria; Transformadores de distribuio; Ramais de ligaes; Medidores; Outros tipos de perdas tcnicas (efeito corona, fuga em isoladores).

As perdas tcnicas de energia nas redes primarias de distribuio so

decorrentes das resistncias eltricas nas linhas. Pela natureza indutiva de algumas

cargas e reatncias das linhas, parte da energia dissipada devida aos fluxos de

potncias reativas entre a subestao e os pontos de carga.

Captulo IV Queda de Tenso no SED e Mtodos de Correo de Tenso

40

CAPTULO IV

QUEDA DE TENSO NO SISTEMA ELETRICO DE DISTRIBUIO E MTODOS DE CORREO DE TENSO.

4.1 - INTRODUO

O Planejamento em um sistema eltrico de distribuio (SED) preocupa-se

com a previso da queda de tenso e das perdas de potncia ativa que podem

ocorrer nestas redes. A avaliao ano a ano em que uma eventual restrio de

tenso possa ocorrer e a determinao do custo das perdas, so alguns dos motivos

para que se tenha metodologias, para realizar a estimativa dessas grandezas

durante certo perodo de tempo, sendo que para o sistema de distribuio mdia

tenso (SDMT) e das subestaes de distribuio (SD), devero ser abordados os

seguintes itens:

Nveis de continuidade; Nveis de tenso; Perfil de carga e carregamento; Nveis de Curto-Circuito; Seccionamento e Proteo.

Na etapa do planejamento de anlise tcnica feito o clculo da queda de

tenso, da confiabilidade e carregamento dos condutores, atravs da simulao das

condies operativas do sistema eltrico previsto em cada alternativa, Os valores de

tenso so definidos conforme as regras do PRODIST - Mdulo 8.

Captulo IV Queda de Tenso no SED e Mtodos de Correo de Tenso

41

Para a tenso, as simulaes so feitas atravs de softwares de fluxo de

carga, atravs de vrias metodologias [56] citadas no Captulo II, onde so

fornecidos os seguintes resultados:

a) Trechos do alimentador com nvel de tenso fora da faixa;

b) Elevao de tenso e reduo de corrente provocada por instalao de

banco de capacitores;

c) Regulao de tenso devido instalao de reguladores de tenso;

d) Carregamento dos condutores e equipamentos;

e) Fluxo de carga;

f) Correntes de curto circuito.

Nesse captulo sero verificadas as causas de queda de tenso em um

sistema eltrico da distribuio, e o uso de capacitores para a correo de tenso.

4.2 - QUEDA DE TENSO EM UMA LINHA DE DISTRIBUIO

O nvel de tenso de uma rede de distribuio de energia eltrica

determinado pela tenso na subestao e pelas quedas de tenso nas linhas e

transformadores, variando com flutuaes nos nveis de consumo, e por flutuaes

na tenso nas s

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Regulação de tensão em subestações de distribuição de energia elétrica