Proposta de instalação de regulador de tensão em uma rede de distribuição primária a partir da análise do perfil de tensão

UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

DCEEng - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT

PROPOSTA DE INSTALAÇÃO DE REGULADOR DE TENSÃO EM

UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA A PARTIR DA ANÁLISE

DO PERFIL DE TENSÃO

Santa Rosa, RS - Brasil 2016

JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT

PROPOSTA DE INSTALAÇÃO DE REGULADOR DE TENSÃO EM

UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA A PARTIR DA ANÁLISE

DO PERFIL DE TENSÃO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Elétrica, da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Me. Eng. Sandro Alberto Bock

Santa Rosa - RS 2016

JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT

PROPOSTA DE INSTALAÇÃO DE REGULADOR DE TENSÃO EM

UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA A PARTIR DA ANÁLISE

DO PERFIL DE TENSÃO

Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista e aprovado em sua forma final pela Comissão Examinadora e

pelo Colegiado do Curso de Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUI.

Banca Examinadora:

__________________________________________________

Me. Eng. Sandro Alberto Bock – Orientador – DCEEng / Unijuí

__________________________________________________

DEDICATÓRIA

DEDICO ESTE TRABALHO À MINHA FAMÍLIA, EM ESPECIAL À MINHA ESPOSA, CRISTIANE E AO MEU FILHO LUCAS, PELO AMOR, INCENTIVO E CARINHO A MIM DISPENSADOS DURANTE A REALIZAÇÃO DO MESMO E PRINCIPALMENTE PELA COMPREENSÃO DO MEU FILHO NOS MOMENTOS AUSENTES E POR AQUELES MOMENTOS ONDE ELE TANTO PEDIA PAI VAMOS BRINCAR E ACABAVA ESCUTANDO O PAI TEM QUE ESTUDAR.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à força de deus e à minha família por toda dedicação e atenção para que eu me tornasse um engenheiro, o amar dedicado a mim e a essencial cobrança nas horas devidas.

Agradeço aos meus pais Nilo e Dulce pelo constante apoio, compreensão e a interminável paciência que tiveram comigo durante a realização deste curso. Considero que seus exemplos de vida me guiaram pelo caminho correto, sendo de suma importância para eu chegar até este momento.

Aos meus irmãos, Leonice, Sirlei e Fábio pelo carinho, incentivo e apoio em todos os momentos.

Aos colegas e ex-colegas por todo companheirismo e apoio durante o período acadêmico, colegas que por muitas vezes foram peças fundamentais na persistência e coragem para enfrentar as dificuldades do Curso de Engenharia Elétrica.

Ao meu orientador Prof. Sandro Alberto Bock, meu agradecimento pelo apoio e orientação.

A todos os amigos e colegas de trabalho da CERTHIL, especialmente ao Eng. da empresa de alguma forma, auxiliaram ou contribuíram para realização desse trabalho e da empresa CERTHIL pelo apoio no decorrer do curso de engenharia elétrica.

RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo realizar um estudo do perfil de tensão numa rede de distribuição primária de energia elétrica, com a finalidade de propor a instalação de reguladores de tensão e garantir que os níveis de tensão estejam em conformidade ao estabelecido pelo módulo 8 do PRODIST. Para a realização da análise serão considerados os dados levantados do Sistema de Gestão de Operação da empresa em estudo, com o intuito de obter as características dos trechos de rede. Também serão efetuadas medições ao longo do alimentador de forma a levantar as informações referentes as grandezas elétricas relevantes ao estudo, tais como potência e tensão. Com os dados obtidos, os mesmos serão lançados em gráficos para poder analisar o perfil da queda de tensão e verificar o seu comportamento ao longo do trecho da rede sob análise, de forma a certificar que estão dentro dos parâmetros estabelecidos pela ANEEL.

Palavras chaves: Rede de Distribuição; Níveis de Tensão e Banco Reguladores de

ABSTRACT

This paper aims to carry out a voltage profile study in a network of primary distribution of electricity, in order to propose the installation of voltage regulators and ensure that the voltage levels conform to the established by the module 8 of PRODIST. To perform the analysis shall be considered the data collected from the Operation Management System of the company under study, in order to obtain the characteristics of the network segments. There will also be measurements made along the feeder to raise the information regarding the electrical parameters relevant to the study, such as power and voltage. The obtained data will be plotted on graphs in order to analyze the profile of the voltage drop and check their behavior along the network segment under analysis in order to make sure they are within the parameters set by ANEEL.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Funcionamento de uma Usina Hidrelétrica ... 15

Figura 2 - Sistema de Linhas Transmissão no Brasil ... 16

Figura 3 - Energia Elétrica Desde a Geração até o Consumidor... 17

Figura 4 - Faixas de Tensão em Relação a de Referência ... 32

Figura 5 - Representação de um circuito trifásico ... 44

Figura 6 - Cabo de Alumínio com Alma de Aço ... 48

Figura 7 - Banco de Capacitores ... 50

Figura 8 - Tap Relação de Transformação ... 51

Figura 9 - Esquemático do regulador Autobooster configurado como elevador de tensão. ... 52

Figura 10 - Esquemático do regulador Autobooster configurado como abaixador de tensão. ... 53

Figura 11 - Regulador de Tensão Elevador ... 54

Figura 12 - Regulador de tensão Abaixador ... 54

Figura 13 - Regulador de tensão Tipo A com Reator ... 55

Figura 14 - Regulador de tensão Tipo A com Relé (controle) ... 55

Figura 15 - conexões estrela ... 56

Figura 16 - conexão em delta ... 56

Figura 17 - Taps Interno do Regulador de Tensão ... 57

Figura 18 - Regulador de Tensão Parte Interna ... 57

Figura 19 - O circuito utilizado para fazer o estudo de caso ... 60

Figura 20 - A demanda máxima e mínima medida no alimentador ... 61

Figura 21 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda mínima ... 64

Figura 22 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda máxima ... 65

Figura 23 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e da mínima no mesmo perfil ... 65

Figura 24 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e com a interligação ... 66

Figura 26 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda mínima com regulador ... 71 Figura 27 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda máxima com regulador ... 72 Figura 28 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e da mínima com regulador ... 72 Figura 29 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e com a interligação ... 73

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Corrente admissível – CAA ... 27

Quadro 2 - Corrente admissível – CA ... 27

Quadro 3 - Corrente admissível – CA ... 28

Quadro 4 - Corrente admissível – CA ... 29

Quadro 5 - Corrente admissível – CA e CAA ... 30

Quadro 6 - Flutuação de Tensão ... 35

Quadro 7 - Valores de Referência para Distorções Harmônicas ... 36

Quadro 8 - Desequilíbrio de Tensão ... 37

Quadro 9 - Grandezas da Flutuação de Tensão ... 38

Quadro 10 - Flutuação de Tensão ... 39

Quadro 11 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de cobre ... 42

Quadro 12 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio ... 42

Quadro 13 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio ... 43

Quadro 14 - A queda de tensão com a demanda mínima lida no alimentador ... 62

Quadro 15 - A queda de tensão com a demanda máxima lida no alimentador ... 63

Quadro 16 - A queda de tensão com demanda máxima lida no alimentador e a interligação ... 63

Quadro 17 - A queda de tensão com a demanda mínima lida no alimentador ... 69

Quadro 18 - A queda de tensão com a demanda máxima lida no alimentador ... 70

Quadro 19 - A queda de tensão com demanda máxima lida no alimentador e a interligação ... 70

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

UNIJUI Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul

RS Rio Grande do Sul

DCEEng Departamento de Ciências Exatas e Engenharias ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

TCC Trabalho de Conclusão de Curso

V Volt

kV quilo Volt

kVA quilo Volt Ampères

MVA Mega Volt Ampères

kW.h quilowatt-hora

km Quilômetro

ANEEL Agência Nacional de Energia elétrica

PRODIST Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no sistema Elétrico Nacional

RT Regulador de Tensão

BRT Banco de Regulador de Tensão

CERTHIL Cooperativa de Distribuição de Energia Entre Rios Ltda.

FECOERGS Federação das Cooperativas de Energia, Telefone e Desenvolvimento Rural do Rio Grande do Sul

CEEE Companhia Estadual de Energia Elétrica do rio Grande do Sul CPFL Companhia Paulista de Força e Luz

RGE Rio Grande Energia

XLPE Cabo de Alumínio Coberto

Hz Hertz

MT Media Tensão

BT Baixa Tensão

CAA Cabo de Alumínio com Alma

CA Cabo de Alumínio

SED Sistema Elétrico de Distribuição TP Transformador de Potência

TC Transformador de Corrente

Tap Posição de Ajuste dos Reguladores de Tensão LDC Tensão Constante e Reta de Carga

kVAr Kilo Volt Ampére reativo QEE Qualidade Energia Elétrica

DRP Duração Relativa da Transgressão de Tensão Precária DRC Duração Relativa da Transgressão de Tensão Crítica

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 15

2 NÍVEIS DE QUALIDADE ... 25

2.2.1 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da FECOERGS ... 26

2.2.2 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CEEE ... 28

2.2.3 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CPFL ... 29

2.3 PRODIST ... 30

2.3.1 Introdução ... 30

2.3.2 Qualidade do Produto... 31

2.3.2.1 Tensão em Regime Permanente ... 31

2.3.2.2 Fator de Potência ... 35 2.3.2.3 Harmônicas ... 36 2.3.2.4 Desequilíbrio de Tensão ... 37 2.3.2.5 Flutuação de Tensão ... 38

3 QUEDA DE TENSÃO ... 40

3.2.1 Coeficiente Unitário de Queda de tensão ... 41

3.2.1.1 Trifásica ... 43

3.2.1.2 Monofásica ... 46

3.2.1.2.1 Sistema Monofásico fase-fase Derivado de um circuito Trifásico ... 46

3.2.1.2.2 Sistema Monofásico fase-neutro Derivado de um circuito Trifásico ... 46

4 REGULADORES DE TENSÃO ... 47

4.2 Recondutoramento... 47

4.3 Capacitores ... 48

4.4 Tap ... 50

4.5 Reguladores de Tensão ... 51

4.5.1 Introdução ... 51

4.5.2 Tipos de Regulador de Tensão ... 52

4.5.2.1 Regulador de Tensão Autobooster ... 52

4.5.2.2 Regulador de Tensão de 32 Degraus... 53

5 ESTUDO DE CASO ... 58

5.1 Introdução ... 58

5.2 Apresentação do Alimentador ... 58

5.3 Análise do Comportamento de Carga ... 60

5.4 Queda de Tensão sem Regulador ... 61

5.4.1 Tabela com os dados de queda ... 62

5.4.2 Perfil de Queda de Tensão ... 64

5.5 Definição do Ponto de Instalação do Regulador de Tensão ... 66

5.6 Queda de Tensão com Regulador ... 68

5.6.1 Tabela com os dados de queda ... 69

5.6.2 Perfil de Queda de Tensão ... 71

5.7 Conclusões ... 74

6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS ... 76

6.1 Conclusão ... 76

6.2 Sugestões para Futuros Trabalhos ... 77

1 INTRODUÇÃO

A energia desde o seu surgimento na história foi inserida aos hábitos da sociedade e sempre teve relevância devido a ampliação das possibilidades de trabalho, produtividade, conforto, comodidade e bem-estar às pessoas. Entretanto, a utilização da energia elétrica tornou a sociedade extremamente dependente e refém de possíveis falhas que podem ocorrer no sistema.

O Sistema de Elétrico de Potência (SEP) pode ser dividido em quatro partes: geração, transmissão, distribuição e consumo.

O sistema de geração de energia elétrica no Brasil abrange diversos setores como comércio, a indústria e as residências em geral, sendo que cerca de 71% da energia elétrica consumida são provenientes de usinas hidrelétricas, onde todo o processo de produção ocorre de maneira que a água passa pelas turbinas, transformando a energia mecânica em energia elétrica (LEÃO, 2009).

Figura 1 - Funcionamento de uma Usina Hidrelétrica

As linhas de transmissão são responsáveis por transportar a energia elétrica desde a geração até as cidades. No Brasil, existem aproximadamente 100 mil km de linhas de transmissão. Essa energia é transmitida em corrente alternada (60 Hz) em elevadas tensões (138 a 500 kV), devido à localização das usinas hidrelétricas, que na maioria dos casos estão situadas longe das cidades. Essas linhas de transmissão são transportadas em altas tensões e chegando próximas das cargas começa o trabalho inverso de rebaixar a tensão nas subestações abaixadoras de subtransmissão, onde seria o primeiro estágio de abaixamento do nível de tensão de 138 ou 69 kV, e no segundo estágio seria o abaixamento do nível para 23,1 ou 13,8 kV, nessa tensão o sistema se considera como de distribuição (Educação, 2015).

Figura 2 - Sistema de Linhas Transmissão no Brasil

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Depois de percorrer um longo caminho entre as usinas e os centros consumidores nas redes de transmissão, a energia elétrica chega para que possa ser iniciado o processo de distribuição. No entanto, apesar de já ser uma tensão mais baixa ainda não é adequada para os consumidores de baixa tensão, por isso transformadores menores são instalados nas redes de distribuição, para reduzir ainda mais a voltagem de 23,1kV ou 13,8kV, para 127/220V ou 220/380V, com isso podendo atender às empresas, indústrias, comércio e às residências.

Figura 3 - Energia Elétrica Desde a Geração até o Consumidor

Fonte: (SOARES, 2011).

Atualmente, percebe-se um aumento tanto da carga instalada como do próprio consumo de cada unidade consumidora, com isso ampliando a necessidade de investimentos por parte das concessionárias e permissionárias de forma a atender às exigências relacionadas com a qualidade de energia entregue ao consumidor final. A

Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) tem o objetivo de regulamentar todo o setor elétrico desde a produção, transmissão, distribuição e até a comercialização de energia elétrica, prezando pela qualidade dos serviços prestados.

No segmento da distribuição de energia elétrica, devido aos diversos tipos de consumidores e devido ao aumento do poder aquisitivo constatou-se um aumento no consumo de energia tanto nas residências, comércios e indústrias. No entanto, independente desta variação considerável do consumo para um curto período de tempo, a fiscalização da ANEEL mantém-se atuante de forma a garantir que os níveis de qualidade da tensão se mantenham adequados no ponto de entrega dos consumidores.

Esses limites de tensão são estabelecidos como adequados, precários e críticos para operação em regime permanente, caso os mesmos não estejam dentro dos critérios estabelecidos, podem gerar compensação ao consumidor caso às medições de tensões excedam os limites dos indicadores e, ainda, as distribuidoras correm o risco de serem multados (PEREIRA, 2009) (ANEEL, 2016).

1.1 Estudo da arte

Dentre os artigos e trabalhos existentes na área de alocação de regulador de tensão e análise de perfil de tensão, em sistemas de distribuição de energia elétrica, destacam-se os mencionados a seguir:

Em (GONSÁLEZ, 2007), seu trabalho propõe uma metodologia para a alocação de reguladores de tensão, onde apresenta uma metodologia heurística dividida em duas fases. Na primeira fase os reguladores são alocados de forma a obter uma solução factível, na outra usando algoritmo mimético para melhorar a solução obtida na fase construtiva otimizando uma função objetiva considerando os custos das perdas elétricas e dos reguladores de tensão. Teve com metodologia apresentar o desempenho nas redes de distribuição de energia elétrica.

Segundo (DALCIN, 2013), utilizou métodos de heurística para o ajuste adequado em alocação de banco de capacitores e reguladores de tensão, como também usando as técnicas de substituição de condutores para garantir níveis de tensão ou ter um perfil de tensão dentro dos parâmetros adequados. Neste trabalho apresentou-se simulações para otimizar os perfis de tensão nas redes primárias de distribuição. Teve a apresentação dos resultados comparado e analisado sob o ponto

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de vista técnico, com o objetivo de analisar a melhor alternativa da proposta para fins de aplicação visando obter o melhor perfil da tensão.

Em (PEREIRA, 2009), é apresentado um método heurístico de alocação de RT’s em sistemas de distribuição de energia elétrica radiais. O grande objetivo é melhorar o perfil de tensão, minimizar as perdas de potência ativa e os custos de investimento. O método heurístico é composto por duas etapas: a) seleção, instalação e ajuste dos tap dos RT; e b) reduzir o número de RT inicialmente alocados, movendo-os adequadamente até que a melhor condição econômica seja obtida. A aplicação desse método apresentou boa eficiência nos resultados e nas possíveis soluções práticas, além de apresentar uma considerável melhora, no sistema de distribuição.

Segundo (FELBER, 2010), foi utilizado 3 técnicas para fazer a regulação da tensão em uma subestação de distribuição de energia elétrica (LDC, tensão constante e reta de carga). O objetivo foi comparar as metodologias de controle automático de tensão em subestações de distribuição de energia elétrica, com objetivo de verificar o perfil da tensão e analisar o comportamento da tensão em regime permanente e das metodologias de regulação de tensão usadas. Foram utilizados métodos de medições em vários pontos de uma linha de distribuição pertencente à subestação. O trabalho usou metodologias levando em consideração as normas vigentes atuais (Módulo 8 – PRODIST) sendo avaliadas as vantagens e desvantagens de cada metodologia.

Em (AREDES, 2015), apresentou-se os reguladores de tensão com controle dos comutadores eletromecânicos de tap, para melhorar o perfil de tensão, com isso manter os consumidores com níveis de tensão com uma ótima qualidade, pois os reguladores não apresentavam essa regulagem de tensão com capacidade de atuar em tensões de curta duração. Assim tem-se uma comutação eletrônica mais rápida na resposta, em relação aos reguladores de tensão convencionais. Com isso foi apresentada uma proposta de um Regulador de Tensão com Comutador Eletrônico de Tap, com objetivo de melhorar o nível de tensão nos alimentadores mantendo um perfil de tensão mais equilibrado.

Em (ALVES, 2012), são apresentados equivalentes à formulação não linear inteira mista para resolver o problema de alocação de reguladores de tensão ao longo dos alimentadores primários de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais, com o objetivo de melhorar o perfil da magnitude de tensão, reduzir as perdas de potência ativa da rede e a minimização dos custos de instalação dos equipamentos. No trabalho é cálculo do ponto de operação em regime permanente de um sistema de

distribuição radial, com modelado matematicamente usando expressões lineares, vendo o objetivo de localizar o ponto ideal da instalação dos equipamentos para que o perfil da tensão se mantém dentro da tensão prevista.

Segundo (USIDA, 2007), o trabalho apresenta a pesquisa relacionada a reguladores de tensão em um sistema de distribuição de energia elétrica e propor um controle baseado em sistemas inteligentes para melhorar o perfil da tensão. Onde ele apresenta um relé de regulador de tensão baseado em sistemas Fuzzy que tem a função de atuar diretamente no comutador de tap nos transformadores de potência instalado em subestações de distribuição. E implementado relé por meio de um algoritmo computacional, com finalidade de verificar através da simulação o comportamento da carga e ter mais controle do perfil da tensão.

Conforme (MADRUGA, 2011), o trabalho apresenta como fazer o ajuste dos equipamentos e a alocação de bancos de capacitores e de reguladores de tensão ao longo dos alimentadores, com finalidade de localizar o ponto ideal da instalação dos equipamentos, com isso manter o perfil de tensão dentro da qualidade de energia. O trabalho utiliza algoritmo com técnicas de inteligência computacional para otimizar os níveis de tensão no sistema de distribuição, onde essa traz uma ferramenta que permite ao especialista obter a melhor relação custo benefício na alocação simultânea de bancos de capacitores e de reguladores de tensão.

Segundo (YAMAKAWA, 2007), em seu trabalho apresenta um sistema de controle inteligente para bancos de capacitores automáticos aplicados nos alimentadores de distribuição de energia elétrica, no qual se propõem em correção dos reativos no sistema para diminuir o chaveamento do banco de capacitores, para que não afetasse o perfil da tensão provocado pelas flutuações de tensão do alimentador. Outro aspecto é o controle independente da alocação do banco no sistema, localizando o ponto ideal da instalação, o perfil da carga ou da tensão, uma vez que os dispositivos de controle atuais exigem medições e análise para configuração dos seus parâmetros de controle. Como esse controlador nebuloso não precisa de novos ajustes, caso haja alterações na curva de carga do sistema, operando com bons resultados para diversas curvas de carga diferentes.

Conforme (SZUVOVIVSKI, 2008), o trabalho apresenta fórmulas matemáticas para a metodologia baseada em critérios de minimização dos custos de perda de potência ativa, das penalizações por violação de tensão e queda de tensão e dos custos dos equipamentos alocados. A estratégia proposta é a adoção dos algoritmos

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genéricos para a alocação de BC, também a alocação de RT, estabelecendo o ajuste da tensão de saída dos tap dos reguladores de tensão, para manter um perfil de tensão mais adequado.

Em (SPATTI, 2007), apresenta um controle de tensão em um sistema fuzzy de distribuição de energia, com uma estratégia de fazer a comutação dos tap sob carga, deixando os relés mais flexíveis para a regulação através dos sistemas inteligentes. Esse trabalho visa o estudo do controle de uma subestação, para manter um nível de tensão adequado dentro dos perfis atendando todos as regulamentações.

Conforme (FRAGOAS, 2008), em seu trabalho apresenta um estudo de instalação de bancos de capacitores mais próximos das cargas, para amenizar as perdas trazendo grandes benefícios técnicos e econômicos e com esse trabalho mostrar que pode aumentar a capacidade do sistema de distribuição. O objetivo do trabalho é encontrar problemas de qualidade do fornecimento, e manter uma qualidade de energia dentro dos parâmetros estabelecidos pela ANEEL.

Em (BAPTISTA, 2010), apresenta dois modelos de simulação no ambiente PSCAD/EMTDC® de um regulador de tensão com comutador eletrônico de tap. O trabalho realizado tem como conceito as falhas nas chaves do regulador sendo representado por tiristores em curto-circuito ou em circuito aberto, para ver o comportamento dos reguladores de tensão em uma simulação dos tipos de falha antes e após a instalação da BRT, isso para manter em ótimo funcionamento dos reguladores e que perfil de tensão se mantenha dentro das conformidades estabelecidas.

Conforme (PADILHA, 2010), em seu estudo onde é proposto uma análise comparativa entre dispositivos de reguladores de tensão em sistemas de distribuição, tais estratégias são conduzidas como problemas de otimização não linear inteira mista em que se consideram modos de operação dos geradores, a minimização dos desvios de tensão nas barras e das perdas elétricas. O trabalho busca com os resultados fazer a análise das vantagens e desvantagens dentro dos sistemas definir parâmetros de controle de tensão nas redes de distribuição de energia elétrica.

Da revisão bibliográfica podemos concluir que:

• São poucos os trabalhos que abordam o problema de alocação de BRT, ou da localização do ponto ideal dos reguladores de tensão.

• Em quase todos os trabalhos foram utilizados técnicas heurísticas, sistemas computacionais para resolver o problema de alocação de RT.

• Em poucos trabalhos foram apresentados os modelos de programação matemática, para verificar o ponto ideal da localização dos BRT através da análise perfil de tensão.

1.2 Justificativa

Este trabalho leva em consideração o cenário brasileiro, onde a maioria das grandes cargas está localizada longe das suas fontes de suprimento, como as usinas ou subestações. Devido a estas distâncias existentes, a energia, na maioria das vezes, não consegue manter os níveis de tensão adequados desde a saída da fonte de suprimento até o seu consumidor final. Com isso, a queda de tensão no final do trecho acaba se situando nos níveis precário e crítico.

A ANEEL é um órgão do governo responsável em atender às reclamações de agentes e consumidores, buscando um equilíbrio entre as partes para defender os interesses da sociedade em geral, sempre buscando estabelecer condições para que os serviços de energia elétrica sejam prestados ao consumidor com qualidade, segurança e de tarifas justas. Quando a empresa de energia investe na qualidade do serviço e a ANEEL fazendo a parte da fiscalização e se concordando, o custo pode ser repassado para a tarifa, sendo justo para ambos os lados, consumidor e empresa (ANEEL, 2016).

Além disto, de maneira a assegurar o bem estar dos consumidores, a ANEEL estabelece os procedimentos relacionados à qualidade de energia, abordando a qualidade do produto e do serviço prestado, trazendo como normativa técnica o módulo 8 do PRODIST, o qual apresenta como itens principais a definição nos parâmetros e valores relativos à conformidade da tensão em regime permanente, estabelece a metodologia para a apuração dos indicadores de continuidade e os tempos de atendimento, e define padrões e responsabilidades (ALVES, 2012).

Levando em consideração todos estes fatores teve-se a ideia de fazer um estudo nas redes da CERTHIL, devido ao grande número de reclamações de consumidores referentes a problemas com a energia elétrica nas propriedades, principalmente de que os equipamentos não apresentam funcionamento adequado. E com a preocupação da CERTHIL em atender seu consumidor da melhor forma possível e de seguir o que está prescrito no módulo 8 do PRODIST, referente ao nível de tensão, a empresa tem investido valores elevados em melhorias nas redes de

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distribuição de Baixa Tensão (BT), para poder regularizar a situação dos seus consumidores e para não correr o risco de ser autuado pela ANEEL por não atender os mínimos critérios de níveis de tensão.

Este estudo tem como proposta instalar reguladores de tensão na rede de distribuição primária a partir da análise dos perfis de tensão, devido ao grande índice de reclamação dos consumidores da CERTHIL. Analisando número de alimentadores existentes atualmente decidiu-se inicialmente fazer um estudo em um dos alimentadores, visando fazer a análise da tensão para a melhor localização dos bancos de reguladores para poder evitar a queda de tensão no final da rede.

Um dos bancos se localiza na saída da rebaixadora de 25 kV para 15 kV, na localidade do km 13 no município de Três de Maio, onde está conectada em um dos dois barramentos que sai da rebaixadora, com isso observa-se que os reguladores de tensão estão localizados próximos da fonte, deixando as cargas mais no final do alimentador com uma tensão precária ou até critica. No entanto, para tentar diminuir esse problema tanto para o consumidor como para a cooperativa, será feito um estudo do perfil da tensão no alimentador com objetivo de encontrar a melhor localização para a instalação dos bancos de regulador de tensão, com isso solucionando o problema com as cargas e evitando a queda de tensão e uma provável notificação pelo não cumprimento da manutenção dos níveis de tensão em patamares adequados.

Desta forma o objetivo é fazer o estudo para encontrar o ponto ideal do banco reguladora de tensão, analisando o perfil da queda de tensão e do sistema que a CERTHIL tem para controlar as suas redes, usando o software E2 Mig da Useall para comparar com os cálculos, analisar os perfis de queda de tensão, com isso tentar encontrar o melhor ponto de instalação do regulador de tensão. O método a ser utilizado para comparar com o resultado que o sistema E2 apresenta será através de cálculos matemáticos para tentar localizar o ponto ideal da queda de tensão. Além disso, será instalado no alimentador equipamento registrador de média tensão, o qual coleta os dados de demanda e de corrente, com a finalidade de verificar no local a tensão real que se encontra na rede para poder comparar com o software e com os cálculos.

Portanto, o objetivo principal é melhorar o nível de tensão mais próximo das cargas proporcionando uma melhor qualidade de vida ao consumidor, e evitar que a cooperativa faça gastos ou investimento de grande valor, para poder regularizar a situação, tanto mediante aos consumidores como para atender às normas do módulo

8 do PRODIST, com isso podendo fazer um pequeno ajuste em realocar os reguladores de tensão.

1.3 Objetivo

1.3.1 Objetivo geral

O principal objetivo do estudo de caso de um alimentador da Cooperativa de Distribuição de Energia Entre Rios Ltda. (CERTHIL) é analisar o perfil da tensão e obter a melhor localização para instalação dos reguladores de tensão. Deseja-se com esse estudo fazer com que a tensão esteja adequada em todos os pontos, atendendo os pontos críticos da queda de tensão, com isso diminuindo os problemas para todos os consumidores e evitando investimentos desnecessários.

1.3.2 Objetivo específico

• Fazer uma comparação entre o software e cálculos matemáticos, para localizar o melhor ponto possível e viável para fazer a instalação.

• Analisar os resultados obtidos entre os sistemas e os métodos de cálculos realizados, com as medições feitas na rede a campo.

• Fazer uma análise do perfil da queda de tensão, com o objetivo de localizar o melhor ponto da instalação das bancas de reguladores de tensão.

2 NÍVEIS DE QUALIDADE

2.1 Introdução

Especificamente aos níveis de tensão com relação ao atendimento, a Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL informou por intermédio da resolução normativa

Nº 345/2008 de 31 de dezembro de 2008, que a Qualidade de Energia Elétrica

- QEE seria determinada pelo Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica

no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST Módulo 8, onde o sistema elétrico

deve atender os níveis de tensão preestabelecidos, estando sujeitos a

fiscalizações e multas.

No sistema de distribuição de energia elétrica deve-se operar dentro dos

limites definidos pelo Módulo 8 do PRODIST, para isso as concessionárias de

distribuição devem fazer estudos técnicos necessários para apresentar

soluções viáveis e econômicas para atender os possíveis problemas de níveis

de tensão na sua rede ou no seu alimentador. Devido à demanda não ser

constante é indispensável o estudo técnico levando em conta a variação da

carga ao longo do período (horas do dia) (SZUVOVIVSKI, 2008).

2.2 Níveis de tensão

As distribuidoras de energia elétrica têm várias responsabilidades, mas uma das principais é manter o fornecimento de energia ao consumidor com uma faixa de tensão adequada, ampliando nos últimos anos as ações e investimentos referentes a níveis de tensão em regime permanente. Com o amplo crescimento no setor elétrico e a energia ser um fator de extrema importância para os consumidores e para as empresas distribuidoras de energia, os órgãos reguladores passaram a ter mais atenção com a qualidade de energia nos níveis de tensão.

Perante a esse crescimento e da necessidade de padronização os órgãos do setor elétrico passaram não só se preocupar com o fornecimento contínuo e de boa qualidade e assim criaram normas, resoluções e procedimentos que apontam os padrões adequados para o setor elétrico (PEREIRA, 2009). Desta forma alguns limites

foram definidos para os níveis de tensão indicando a classificação como precários ou críticos, nisso foram criados os indicadores DRP e DRC que representam a duração relativa da transgressão precária e crítica, esses indicadores podem definir o tempo em que a tensão fornecida pode permanecer fora das faixas permitida (ANEEL, 2016). A fim de desenvolver para os sistemas de distribuição de energia elétrica um conjunto de documentos que estejam disciplinasse para todos os aspectos técnicos relacionados à distribuição, a ANEEL iniciou o processo de análise dos procedimentos da distribuição, o PRODIST. Esta coletânea foi dividida em 8 módulos, tratando das diversas atividades da distribuição de energia elétrica, enfocando aspectos de planejamento e operação entre outros, o módulo 8, trata da qualidade da energia, dividindo este tema em qualidade do produto e qualidade do serviço. (PEREIRA, 2009).

As concessionárias de distribuição de energia elétrica devem seguir os critérios estabelecidos pela ANEEL, além disto, a maioria das concessionárias tem seus próprios critérios ou padrões de projetos para construção de rede nova ou de melhoria, essas normas internas, são tão ou mais rígidas das que são exigidas pelo órgão regulador.

2.2.1 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da FECOERGS

Conforme o padrão de projeto da Federação das Cooperativas de Energia, Telefone e Desenvolvimento Rural do Rio Grande do Sul (FECOERGS), a queda de tensão máxima da rede primária não pode ser superior a 7%, este valor compreende o barramento da subestação e/ou o ponto de conexão com a distribuidora e o ponto mais desfavorável, onde se situa o último transformador de distribuição ou o último consumidor primário.

Para os cálculos deve-se levar em conta o fator de potência que é estipulado por todas as concessionárias, a FECOERGS adotou para os seus cálculos um fator de potência de 0,8 na rede primária, com isso a queda de tensão máxima não deve ultrapassar 7%, incluída, neste valor, a queda de tensão existente no ponto de alimentação. No caso de haver previsão de ampliação da rede projetada, a carga prevista deve ser incluída no cálculo elétrico (FECOERGS, 2014).

27

Em cálculo de queda de tensão da rede primária, o carregamento do condutor não pode ser superior a 70% do limite térmico a 40°C.

O quadro 1 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível para o condutor nu – CAA considerando a temperatura de 40ºC.

Quadro 1 - Corrente admissível – CAA

Fonte: (FECOERGS,2014).

O quadro 2 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível para o condutor nu – CA considerando a temperatura de 40ºC.

Quadro 2 - Corrente admissível – CA

Fonte: (FECOERGS,2014).

Em cálculo de queda de tensão da rede primária com condutor coberto, o carregamento do condutor não pode ser superior a 70% do limite térmico a 40°C.

O quadro 3 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível para o condutor coberto – CA.

Imáx - A 4 125 2 160 1/0 220 2/0 250 3/0 290 4/0 330 336,4 MCM 426 Bitola - AWG Condutor Nu Imáx - A 2 152 1/0 203 2/0 235 3/0 271 4/0 314 336,4 MCM 419 Bitola - AWG Condutor Nu

Quadro 3 - Corrente admissível – CA

Fonte: (FECOERGS,2014).

2.2.2 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CEEE

Conforme o padrão de projeto da Companhia Estadual de Energia Elétrica do rio Grande do Sul (CEEE), a queda de tensão de atendimento (AT) adequada máxima em qualquer dos pontos na rede primária, ou nos pontos mais afastados da alimentação, não pode ser superior a 7%, estando incluída nesses quesitos a queda de tensão existente no ponto de alimentação. No caso de haver previsão de ampliação da rede projetada, a carga prevista deve ser incluída no cálculo elétrico.

Para os cálculos deve-se levar em consideração o fator de potência que é estipulado por todas as concessionárias, sendo que a CEEE adotou para os seus cálculos um fator de potência de 0,92 na rede primária. Com isto, o trecho que compreende a queda de tensão máxima de 7% a não ser ultrapassada é entendido como a distância entre o barramento da subestação e o ponto mais desfavorável, onde

Secção Nominal (mm²) Imáx - A 35 187 50 225 70 282 95 345 120 401 150 456 185 525 35 186 50 224 70 280 95 342 120 397 150 450 185 519 Classe de Tensão - 25 kV Classe de Tensão - 15 kV Condutor Coberto

29

se situa o último transformador de distribuição ou o último consumidor primário (CEEE, 2013).

O Quadro 4 apresenta a capacidade de condução de corrente para dois tipos de condutores, considerando a configuração dos cabos cobertos de alumínio CA, isolamento XLPE (90°C), para temperaturas no condutor em regime permanente de 70° a 90°C, constando capacidade condução de corrente dos cabos.

Conforme o quadro 4 a seguir será mostrado a configuração dos cabos com a corrente admissível para o condutor coberto – CA.

Quadro 4 - Corrente admissível – CA

Fonte: (CEEE, 2013)

2.2.3 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CPFL

Conforme o padrão de projeto da Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), a queda de tensão máxima da rede primária urbana não pode ser superior a 5,5 %, essa queda é compreendida entre o barramento da subestação e o ponto mais desfavorável, onde se situa o último transformador de distribuição ou o último consumidor primário.

A queda de tensão na rede primária rural admitida pela CFPL nos pontos mais distantes não deve ultrapassar 7,5%, com o fator de potência a ser adotado de 0,8, incluído a este percentual valor à queda de tensão existente no ponto de alimentação. No caso de haver previsão de ampliação da rede projetada, a carga prevista deve ser incluída nos cálculos elétricos.

Outros valores de máxima queda de tensão percentual e de crescimento de carga podem ser adotados, desde que tecnicamente justificados e aprovados pela concessionária. Em cálculos da rede primária o carregamento do condutor não pode ser superior a 70 % dos valores, conforme tabela (CPFL, 2009). Mas em caso tiver

70°C 80°C 90°C 70°C 80°C 90°C 50 mm² - 15 kV 205 229 248 174 202 225 185 mm² - 15 kV 478 533 582 403 470 525 50 mm² - 25 kV 204 227 247 173 201 224 185 mm² - 25 kV 405 453 493 342 399 450 Tipo de condutor Corrente ( A )

condutor coberto os critérios de cálculo de queda de tensão da rede primária, se mantem o mesmo carregamento dos 70% do limite térmico a 40°C.

O quadro 5 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível para os condutores – CA e CAA.

Quadro 5 - Corrente admissível – CA e CAA

Fonte: (CPFL, 2009)

2.3 PRODIST

2.3.1 Introdução

O Módulo 8 do PRODIST foi elaborado com o propósito de estabelecer requisitos técnicos relacionados à qualidade da energia elétrica – QEE. Para garantir a qualidade do produto entregue pelas distribuidoras, este módulo define alguns parâmetros e valores para uma referência relativa à conformidade da tensão em regime permanente, buscando estruturas que possibilitem formar padrões para os indicadores que aferem perturbações de tensão. Na qualidade dos serviços prestados, o módulo estabelece técnicas para apuração dos indicadores de continuidade e dos tempos de atendimento a ocorrências emergenciais, definindo padrões e responsabilidades (ANEEL, 2016). CA CAA 4 - 114 2 152 150 1/0 202 198 4/0 313 295 336,4 418 -477 518 -15 kV 25 kV 70 282 280 185 525 519

Seção - mm² Corrente Máxima - A

REDE CONVENCIONAL

Bitola - AWG Corrente Máxima - A

31

2.3.2 Qualidade do Produto

A qualidade do produto tem por característica estabelecer alguns critérios de operação em regime permanente ou transitório, relacionados à qualidade do produto definindo procedimento, amostragens e valores de referência.

2.3.2.1 Tensão em Regime Permanente

Nesse caso do regime permanente são estabelecidos limites adequados para poder atender os níveis de tensões precários, críticos, esses indicadores podem ser individuais ou coletivos, caso essas medições não estejam dentro dos limites de conformidade pode se estabelecer uma compensação ao consumidor caso tenha excedido os limites de conformidade de tensão. A tensão em regime permanente deve ser controlada em todo o sistema elétrico de distribuição, é de responsabilidade da mesma fazer o acompanhamento, atuando de forma preventiva para que a tensão se mantenha dentro dos parâmetros adequados.

A tensão em regime permanente é avaliada por meio de um conjunto de leituras obtidas por intermédio de medições apropriadas, no ponto de conexão podendo ser indicadores individuas ou coletivos. Essas leituras podem ser solicitadas por intermédio de uma reclamação do consumidor ou por determinação da fiscalização da ANEEL, em caso de amostra determinado pelo órgão fiscalizador, poderá ser por sorteio realizado para cada trimestre. As medições são comparadas com uma tensão de referência, considerada tensão nominal ou contratada, esses valores devem ser fixados em níveis adequados, para que os equipamentos elétricos no consumidor final sejam compatíveis com a tensão fornecida, logo que as tensões de referência, são classificadas em três categorias: tensão adequada, precária ou crítica.

Nos contratos feitos entre as distribuidoras de energia elétrica a tensão a ser contratada nos pontos de conexão com tensão nominal de operação igual ou superior a 230 kV deverá ser a tensão nominal de operação do sistema no ponto de conexão, já nos pontos de conexão com tensão inferior a 230 kV a tensão deverá situar-se entre 95% e 105%, da tensão nominal do sistema. No contrato junto às distribuidoras de energia elétrica com a tensão nominal superior a 1 kV no ponto de conexão também deve estar dentro dos parâmetros de 95% e 105% da tensão nominal de operação.

As concessionárias para fazer as devidas medições de tensão devem corresponder ao tipo de ligação da unidade consumidora, abrangendo medições entre todas as fases e o neutro fornecidos no ponto de conexão. Caso o neutro não seja fornecido pela distribuidora no ponto de conexão, a medição de tensão deve ser realizada entre as fases (ANEEL, 2016)

A figura 4 mostra a tensão de atendimento associada às leituras, deve ser classificada segundo faixas em torno da tensão de referência (TR).

Figura 4 - Faixas de Tensão em Relação a de Referência

Fonte: (ANEEL, 2016)

a) Tensão de Referência (TR);

b) Faixa Adequada de Tensão (TR – ∆ADINF, TR + ∆ADSUP);

c) Faixas Precárias de Tensão (TR + ∆ADSUP, TR + ∆ADSUP + ∆PRSUP ou TR – ∆ADINF – ∆PRINF, TR – ∆ADINF);

d) Faixas Críticas de Tensão (>TR + ∆ADSUP + ∆PRSUP ou <TR – ∆ADINF – ∆PRINF).

No conjunto de leituras individuais para gerar indicadores deverá ter no mínimo de 1008 leituras válidas entre um período de 10 minutos cada com intervalos

33

consecutivos, essas leituras devem ser guardadas no mínimo de 5 anos para fins de fiscalizações do órgão competente a ANEEL (ANEEL, 2016).

Através de uma reclamação formal de um consumidor ou por uma amostra solicitada da ANEEL devem ser feitos os cálculos dos índices de duração relativa da transgressão para tensão precária (DRP) e para a tensão crítica (DRC) de acordo com as expressões (1) e (2):

DRP = 1008 .100(%) DRC = 1008 .100(%)

onde nlp e nlc representam as leituras situadas dentro das faixas de precária e de crítica.

No conjunto de leituras para indicadores coletivos as concessionárias devem seguir com base às medições feitas como amostras, com isso é efetuado o cálculo do índice de unidades consumidoras com a tensão crítica, conforme a expressão (3) (ANEEL, 2016):

ICC = . 100(%) onde:

NC = total de unidades consumidoras com DRC, não nulo.

NL = total de unidades consumidoras objeto de medição.

Para a determinação de Índices equivalentes por consumidor, precisam ser calculados os índices de duração relativa da transgressão para tensão precária equivalente (DRPE) e o índice de duração relativa da transgressão para tensão crítica

equivalente (DRCE), de acordo com as expressões (4) e (5) (ANEEL, 2016):

DRPe = ∑DRPi_{Nl [%]} DRPe = ∑DRCi_{Nl [%]} (1) (2) (3) (4) (5)

onde:

DRPi = duração relativa de transgressão de tensão precária individual da unidade consumidora (i);

DRCi = duração relativa de transgressão de tensão crítica individual da unidade consumidora (i);

DRPE= duração relativa de transgressão de tensão precária equivalente; DRCE= duração relativa de transgressão de tensão crítica equivalente; NL= total de unidades consumidoras objeto de medição.

As distribuidoras devem manter atualizadas os arquivos eletrônicos das medições feitas e de toda a informação relativa ao cadastro de todas as unidades consumidoras atendidas em tensão inferior a 69 kV, a distribuidora deve registrar de forma individual todas as medições que comprovem a real situação da unidade consumidora, deve manter disponível em arquivos pelo menos em 5 (cinco) anos para fins de fiscalização da ANEEL, caso ela solicite essas informações. E se no caso a situação da medição estiver dentro dos indicadores de precária ou crítica, o consumidor deve ser informado que tem o direito em ter um recebimento de uma compensação, caso haja violação dos limites dos indicadores DRP e DRC.

A distribuidora deve compensar os titulares das unidades consumidoras que estiveram submetidas a tensões de atendimento com transgressão dos indicadores DRP ou DRC e os titulares daquelas atendidas pelo mesmo ponto de conexão, conforme indicado no módulo 8 do PRODIST dentro da qualidade do produto, segundo no item Tensão em Regime Permanente, a Compensação aos Consumidores. (ANEEL, 2016).

Para o cálculo da compensação deve ser utilizada a seguinte fórmula de acordo com as expressões (6):

Valor = DRP − DRPm₁₀₀ # . K1 + DRC − DRCm₁₀₀ # . K2 ' . EUSD Onde: k1 = 0, se DRP ≤ DRPm; k1= 3, se DRP > DRPm; k2 = 0, se DRC ≤ DRCm; (6)

35

k2= 7, para unidades consumidoras atendidas em Baixa Tensão, se DRC > DRCm;

k2= 5, para unidades consumidoras atendidas em Média Tensão, DRC > DRCm;

k2= 3, para unidades consumidoras atendidas em Alta Tensão, DRC > DRCm; DRP = valor do DRP expresso em %, apurado na última medição;

DRPm= 3 %;

DRC = valor do DRC expresso em %, apurado na última medição; DRCm = 0,5 %;

EUSD = valor do encargo de uso do sistema de distribuição correspondente ao mês de referência da última medição.

O valor da compensação deverá ser creditado na fatura de energia elétrica do consumidor, no prazo máximo de dois meses da medição feita que se constatou que teve a violação dos indicadores. Os critérios de compensação definidos se aplicam entre distribuidoras e aos agentes com instalações conectadas à Rede Básica (ANEEL, 2016).

Conforme o quadro 6 a seguir as faixas de classificação de tensões – Tensões de Regime Permanente:

Quadro 6 - Flutuação de Tensão

Fonte: (ANEEL, 2016)

2.3.2.2 Fator de Potência

Para unidade consumidora ou conexão entre distribuidoras com tensão inferior a 230 kV, o fator de potência deve estar compreendido entre 0,92 (noventa e

Faixa de Variação da tensão de Leitura (TL) em Relação à Tensão de Referência (TR) Adequada 0,93 TR ≤ TL ≥ 1,05 TR

Precária 0,90 TR ≤ TL > 0,93 TR Crítica TL < 0,90 TR ou TL > 1,05 TR

Tensão Nominal a 1 kV e Inferior a 69 kV Tensão de Atendimento (TA)

dois centésimos) e 1,00 (um) indutivo ou 1,00 (um) e 0,92 (noventa e dois centésimos) capacitivo, de acordo com regulamentação vigente.

O valor do fator de potência deverá ser calculado a partir dos valores registrados das potências ativa e reativa (P, Q) ou das respectivas energias (EA, ER), conforme as seguintes expressões (7) (ANEEL, 2016).

+ = P

,P-_{+ Q²} 01 + =

EA ,EA-_{+ ER²} 2.3.2.3 Harmônicas

As distorções harmônicas são fenômenos associados com deformações nas formas de onda das tensões e correntes em relação à onda senoidal da frequência. O quadro 7 sintetiza a terminologia aplicável às formulações do cálculo de valores de referência para as distorções harmônicas (ANEEL, 2016).

Quadro 7 - Valores de Referência para Distorções Harmônicas

Fonte: (ANEEL, 2016)

As expressões (8) e (9), para o cálculo das grandezas DITh % e DTT % são:

DITh =Vh_{V1 × 100}

DITh =6∑ 7ℎ²

9:;<

9=-V1 × 100

Identificação da Grandeza Símbolo

Distorção Harmônica Individual de Tensão de Ordem h DITh % Distorção Harmônica Total de Tensão DTT %

Tensão Harmônica de Ordem h Vh

Ordem Harmônica H

Ordem Harmônica Máxima Hmáx

Ordem Harmônica Mínima Hmím

Tensão Fundamental Medida V1

(7)

(8)

37

2.3.2.4 Desequilíbrio de Tensão

O desequilíbrio de tensão é o acontecimento ligado a algumas alterações nos padrões trifásicos num sistema de distribuição, isso tem uma relação matematicamente com a tensão de sequência negativa e da tensão de sequência positiva no ponto de conexão entre a concessionária e o consumidor (ANEEL, 2016). O quadro 8 apresenta a nomenclatura aplicável às formulações de cálculo do desequilíbrio de tensão:

Quadro 8 - Desequilíbrio de Tensão

Fonte: (ANEEL, 2016)

A expressão (10), para o cálculo do desequilíbrio de tensão é:

FD % =V −_{V + × 100}

Alternativamente, pode-se utilizar a expressão (11) e (12), que conduz a resultados em consonância com a formulação anterior:

FD % = 100 × ?1 − ,3 − 6β 1 + ,3 − 6β Sendo:

C =_(Vab7DE_-F_{+ Vbc}+ 7E_-F_{+ Vca}+ 7 D_{- )² × 100}F

IDENTIFICAÇÃO DA GRANDEZA SÍMBOLO

Fator de Desequilíbrio FD

Magnitude da Tensão de Sequência Negativa (RMS) V

-Magnitude da Tensão de Sequência Positiva (RMS) V +

Magnitude das Tensão Trifásicas de Linha (RMS) Vab Vbc e Vca

(10)

(11)

2.3.2.5 Flutuação de Tensão

A flutuação de tensão é uma alteração casual, repetitiva ou esporádica do valor eficaz da tensão, a qualidade da tensão de um barramento do sistema de distribuição de energia elétrica. A flutuação de tensão tem por objetivo avaliar o incômodo provocado pelo efeito oscilatório da iluminação no consumidor. O quadro 9 mostra as grandezas da flutuação da tensão (ANEEL, 2016).

Quadro 9 - Grandezas da Flutuação de Tensão

Fonte: (ANEEL, 2016)

As expressões (13) e (14), para o cálculo Pst e Plt são:

Pst = ,0,0314P0,1 + 0,525P1 + 0,0657P3 + 0,28 + P10 + 0,08P50

Plt = ?_{12 O (PQRS)³}1

U-VWU

3

De acordo com as das normas, o indicador Pst teve ser feito as leituras das de flutuação de tensão num período contínuo de 10 (dez) minutos, já a grandeza do Plt a sua leitura da flutuação de tensão é num período contínuo de 2 (duas) horas, através da composição de 12 valores consecutivos de Pst.

No quadro 10 se tem os valores de referência no sistema de distribuição quanto à flutuação de tensão para os casos de indicadores de estabilidade nos valores de tensão adequada, precária e crítica (ANEEL, 2016).

Identificação da Grandeza Símbolo

Severidade de Curta Duração Pst Severidade de Longa Duração Plt Valores diário do indicador Pst que foi superado em apenas

5% dos registros obtidos no período de 24 horas PstD 95% Valores semanal do indicador Plt que foi superado em

apenas 5% dos registros obtidos no período de sete dias completos e consecutivos

PltS 95%

Fator de Transferência FT

(13)

39 Quadro 10 - Flutuação de Tensão

Fonte: (ANEEL, 2016)

Valor de Referência PstD 95% PltS 95% Adequada < 1 p.u. / FT < ,08 p.u. / FT

Precária 1 p.u. - 2 p.u. / FT 0,8 - 1,6 p.u. / FT Crítica > 2 p.u. / FT > 1,6 p.u. / FT

3.1 Introdução

Nas distribuidoras de energia elétrica uma das principais responsabilidades é no fornecimento de energia aos consumidores com uma tensão dentro das faixas adequadas. Os principais problemas que podem ser encontrados e que os consumidores percebem são as tensões abaixo dos valores nominais, com isso compromete-se a qualidade no fornecimento de energia elétrica.

As quedas de tensão podem ser caracterizadas em parte como distúrbios que podem comprometer a qualidade da energia elétrica, essas quedas podem ser de curta duração, na maioria das vezes menor que um minuto, ou de longa duração que seria superior à de um minuto. Os distúrbios com curta duração são denominados de Afundamento de tensão, já os de longa duração são conhecidos de Subtensão (SPATTI, 2007).

Um sistema elétrico de distribuição (SED) tem uma grande preocupação com a previsão da queda de tensão e das perdas de potência ativa que podem ocorrer nas redes. A avaliação é feita periodicamente para uma eventual restrição de tensão que possa ocorrer e a determinação do custo das perdas, são alguns dos motivos para que se tenham metodologias para realizar a estimativa dessas grandezas durante certo período de tempo (FELBER, 2010).

O cálculo de queda de tensão é efetuado dentro do processo de planejamento, principalmente para a rede primária, tanto para a análise do sistema existente, quanto para o dimensionamento do sistema previsto para atendimento a novas cargas. A queda de tensão pode ser obtida a partir de métodos computacionais ou através de processos simplificados, aplicando-se coeficientes unitários de queda de tensão (KAGAN Nelson, 2010).

3.2 Metodologia de Cálculo

O método de coeficientes unitários de queda de tensão é preferível, muitas vezes, em relação aos métodos computacionais em razão de seu processo

41

simplificado e também para permitir maior agilidade nos cálculos e na obtenção dos resultados.

O método manual simplificado é aplicável em sistemas de distribuição equilibrados, ou naqueles onde, por aproximação, assim possam ser considerados como os métodos de coeficientes unitários de queda de tensão (KAGAN Nelson, 2010).

Para os sistemas de distribuição a queda de tensão pode ser obtida, através da expressão (15), com uma boa aproximação no valor da queda:

F F R

S

V

I

Z

V

&

=

&

+

&

onde:

l – comprimento do trecho;

i – corrente máxima circulante no trecho;

R – resistência do condutor, (Ω/km);

X – reatância indutiva do condutor, (Ω/km);

θ

A utilização deste coeficiente fundamenta-se na queda de tensão percentual originada pelo produto MVA x km, próprio de cada ponto ou trecho de um alimentador que atende determinada carga. Este coeficiente G depende da tensão nominal do sistema, do fator de potência da carga, do número de fases do circuito, da bitola e do espaçamento dos condutores (KAGAN Nelson, 2010).

Para maior facilidade na utilização desses coeficientes unitários de queda de tensão, seus valores foram tabelados para redes de distribuição com características definidas através de normas técnicas de padronização de redes da ABNT e para vários tipos de condutores.

Os quadros 11 e 12 apresentam os coeficientes de queda de tensão primária, considerando condutores CA e CAA, além de uma tabela específica para o cálculo de queda de tensão.

O quadro 11 mostra os coeficientes de queda de tensão na rede primárias com os condutores de cobre.

Quadro 11 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de cobre

Fonte: (CEEE, 2013)

O quadro 12 mostra os coeficientes de queda de tensão na rede primária com os condutores de alumínio.

Quadro 12 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio

Fonte: (CEEE, 2013)

O quadro 13 mostra os coeficientes de queda de tensão na rede primária com os condutores de alumínio cobertos em redes compactas.

2 3 2 3 2 3 2 3 8 2,514 1,249 2,5 1,243 0,905 0,45 0,9 0,447 6 1,659 0,822 1,645 0,815 0,597 0,296 0,592 0,294 4 1,128 0,556 1,114 0,55 0,406 0,2 0,401 0,198 2 0,787 0,386 0,773 0,379 0,283 0,139 0,278 0,137 1/0 0,565 0,275 0,551 0,268 0,203 0,099 0,198 0,097 2/0 0,486 0,235 0,472 0,229 0,173 0,085 0,17 0,082 4/0 0,372 0,178 0,358 0,172 0,134 0,064 0,129 0,062 13.800 V 23.000V

Estrutura N Estrutura M e B Estrutura N Número de Fases Número de Fases Número de Fases

Coeficiente de queda de tensão, em % para 1 MVA x 1 Km com F.P. = 0,92

Condutor Aluminio

Seção AWG/MCM _{Número de Fases}

Estrutura M e B 2 3 2 3 2 3 2 3 4 1,693 0,838 1,679 0,832 0,609 0,302 0,604 0,3 2 1,134 0,559 1,12 0,553 0,408 0,201 0,403 0,199 1/0 0,784 0,384 0,77 0,378 0,282 0,138 0,277 0,136 3/0 0,562 0,273 0,548 0,267 0,202 0,098 0,197 0,096 4/0 0,482 0,233 0,468 0,227 0,173 0,084 0,168 0,082 336,4 0,365 0,174 0,351 0,168 0,168 0,063 0,126 0,061 Número de Fases Número de Fases Condutor Aluminio

Seção AWG/MCM

Coeficiente de queda de tensão, em % para 1 MVA x 1 Km com F.P. = 0,92

13.800 V 23.000V

Estrutura N Estrutura M e B Estrutura N Estrutura M e B Número de Fases Número de Fases

43 Quadro 13 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio

Fonte: (CEEE, 2013)

3.2.1.1 Trifásica

Para os cálculos desses coeficientes unitários de queda de tensão são utilizadas as equações básicas de um circuito trifásico, genericamente representado pela figura 5, onde:

VS – tensão fase-neutro na fonte, (V);

VR – tensão fase-neutro na carga, (V);

IA, IB, IC – corrente de fase, (A);

RF – resistência do condutor de fase, (Ω/km);

XF – reatância indutiva do condutor de fase, (Ω/km);

RN – resistência do condutor de neutro, (Ω/km);

XN – reatância indutiva do condutor de neutro, (Ω/km);

ZL – impedância da carga, (Ω);

Cos

θ

ZT – impedância de aterramento no neutro da carga, (Ω);

ID – corrente de desequilíbrio, (A),

IN – corrente no condutor neutro da rede, (A);

IT – corrente que flui do neutro da carga para a terra, (A).

13.800 V 23.000 V

3 x 50 mm² 0,462 0,168

3 x 150 mm² 0,068

3 x 185 mm² 0,156

Coeficiente de queda de tensão, em % para

1 MVA x 1 Km - Frequência 60 Hz

Condutor Protegido XLPE

Figura 5 - Representação de um circuito trifásico RN XN XF RF XF RF XF RF IA IB IC IT ID IN ZL ZT VS S V 3 S V 3 S V 3 R V 3 R V 3 R V 3 VR n

Fonte: (KAGAN Nelson, 2010)

Nos sistemas de distribuição trifásicos, caso existam cargas monofásicas e trifásicas, a preocupação fundamental é distribuí-las convenientemente entre as fases, de maneira a se manter, sempre que possível, o circuito bem próximo da condição de equilíbrio.

Este propósito pode ser alcançado, já que o uso de critérios adequados de projetos do sistema e controle da carga via medições diretas ou através de processos computacionais, possibilita a minimização de desequilíbrios de corrente, efetuando-se reajuste de carga entre as fases (KAGAN Nelson, 2010).

Considerando-se então, na figura 5, que a carga atendida seja equilibrada, isto é IN=0 e IA=IB+IC+IF, a equação (16) e (17), geral do circuito monofásico

equivalente torna-se:

F F R

S

V

I

Z

V

&

=

&

+

&

Que pode ser escrita, por aproximação:

)

sen

.

cos

.

.(

θ

θ

V

I

R

X

V

=

+

+

45

O coeficiente unitário de queda de tensão, em % / (MVA x km), corresponde à queda de tensão percentual em um circuito com 1 km de extensão, atendendo, no seu extremo, uma carga igual a 1MVA, sendo dado pela expressão (18):

100

.

)

(

V

V

V

G

=

−

Neste caso, RF e XF representam a resistência e reatância do condutor fase

em ohm/km, onde a corrente correspondente à carga trifásica de 1MVA, sendo dado pela expressão (19): R F

V

I

.

3

10

=

Pegando-se esta expressão de IF e a substituindo na equação de VS irá

resultar na expressão (20):

0

)

sen

.

cos

.

(

3

10

.

−

+

θ

+

θ

=

V

V

R

X

V

Que é a equação geral para a determinação de coeficiente unitário de queda de tensão em circuitos trifásicos equilibrados (KAGAN Nelson, 2010).

Normalmente, toma-se VS igual a tensão nominal de circuito, determina-se VR

e posteriormente G.

Assim sendo, de maneira geral, a queda de tensão percentual ∆V em um

circuito de comprimento d (em km), atendendo no seu extremo uma carga W (em MVA), sendo dado pela expressão (21):

(%)

.

.

d

W

G

V

=

∆

3.2.1.2 Monofásica

3.2.1.2.1 Sistema Monofásico fase-fase Derivado de um circuito Trifásico

Este sistema pode ser analisado de forma semelhante à utilizada para o trifásico, conforme analisado no item 3.2.1.1, obtendo-se a seguinte equação (22):

[

(

.

).

cos

(

.

).

sen

]

0

2

10

.

−

+

+

θ

+

+

θ

=

V

V

R

K

R

X

K

X

V

Onde K representa uma relação entre a corrente que flui pelo neutro da rede e a corrente de desequilíbrio, sendo dado pela expressão (23):

D N

I

I

K

=

3.2.1.2.2 Sistema Monofásico fase-neutro Derivado de um circuito Trifásico

De forma semelhante ao analisado no item 3.2.1.2.1 pode-se chegar à equação geral (24), para determinação de coeficientes unitários de queda de tensão, nos sistemas monofásicos do tipo fase-neutro (KAGAN Nelson, 2010):

[

(

.

).

cos

(

.

).

sen

]

0

10

.

−

+

+

θ

+

+

θ

=

V

V

R

K

R

X

K

X

V

4 REGULADORES DE TENSÃO

4.1 Introdução

Atualmente com vários estudos realizados e com as tecnologias na área da distribuição de energia, muitos problemas são resolvidos para atender os níveis de tensão, utilizando o recondutoramento, instalando bancos de capacitores ou a instalação de reguladores de tensão.

4.2 Recondutoramento

Uma das grandes perdas no sistema de distribuição de energia é por perdas de transporte resultando na perda de energia injetada e a faturada. É comum obter resultados das perdas acima de 10% na distribuição, devido à seção inadequada dos condutores, idade das redes, desbalanceamento das cargas, fator de potência inadequado, entre outros.

Uma das alternativas consiste no recondutoramento da rede principal dos alimentadores das distribuidoras de energia elétrica, substituindo os condutores em condições precárias ou sem capacidade de condução, favorecendo para a melhoria do sistema, confiabilidade, flexibilidade e segurança, onde cada tipo de condutor tem suas características; resistência por comprimento, reatância por comprimento, máxima capacidade de corrente e custo de construção por longitude (WEGARTIGOS, 2015).

O recondutoramento de circuitos existentes é determinado pelo custo de investimento, em que o custo de investimento depende do tipo de condutor inicial e do tipo de condutor final, ou seja, o tipo de condutor existente e o tipo de condutor a ser instalado, pois tendo um condutor de seção inadequada e tendo um alimentador de grande extensão e com uma grande carga pode afetar e muito no nível de tensão para os consumidores.

Na figura 6 é apresentado um tipo de cabo de alumínio com alma de aço (SOUSA, 2015).