Indicador de vulnerabilidade operacional para priorização e substituição de transformadores de potência em subestações

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA. William Ismael Schmitz. INDICADOR DE VULNERABILIDADE OPERACIONAL PARA PRIORIZAÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EM SUBESTAÇÕES. Santa Maria, RS 2018.

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(3) William Ismael Schmitz. INDICADOR DE VULNERABILIDADE OPERACIONAL PARA PRIORIZAÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EM SUBESTAÇÕES. Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Área de Concentração em Sistemas Elétricos de Potência, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica.. ORIENTADORA: Prof.ª Luciane Neves Canha. Santa Maria, RS 2018.

(4) Ficha catalográfica elaborada através do Programa de Geração Automática da Biblioteca Central da UFSM, com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).. Schmitz, William Ismael INDICADOR DE VULNERABILIDADE OPERACIONAL PARA PRIORIZAÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EM SUBESTAÇÕES / William Ismael Schmitz.- 2018. 125 p.; 30 cm Orientadora: Luciane Neves Canha Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, RS, 2018 1. Subestações 2. Substituição de Transformadores de Potência 3. Índice de Paralelismo 4. Índice de Saúde 5. PROMETHEE I. Canha, Luciane Neves II. Título.. ©2018 Todos os direitos autorais reservados a William Ismael Schmitz. A reprodução de partes ou do todo deste trabalho só poderá ser feita mediante a citação da fonte. End. Eletr.: ismaelschmitz@gmail.com.

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(8) DEDICATÓRIA. Dedico este trabalho, com muito carinho, às pessoas mais importantes da minha vida: Minha mãe Elisabete, meu irmão Magdiel, meu amor Juciane e minha filha enteada Iasmim!.

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(10) AGRADECIMENTOS. Agradeço à minha mãe Elisabete Maria Hüttmann que sempre me proporcionou todas as condições para que eu pudesse continuar com os estudos, incentivando e aconselhando em todos os momentos, enfrentando junto comigo todas as dificuldades que foram impostas para a concretização desta formação. Ao meu irmão Magdiel Schmitz, que foi meu colega de aula no curso, me ajudou com minha pesquisa e também é meu melhor amigo. Ao meu amor Juciane que mesmo estando longe sempre esteve muito perto me dando força e esperança de um futuro melhor, acrescentando razão e beleza aos meus dias. À minha filha enteada Iasmim que sempre me fez sorrir, apesar da distância. Agradeço à minha orientadora Luciane Neves Canha, que me orientou e acreditou neste trabalho. A todos os demais amigos que de uma forma ou de outra me ajudaram nesta caminhada. Também agradeço a assistência da Companhia Estadual de Geração e Transmissão de Energia Elétrica (CEEE-GT), que financiou este trabalho através do programa de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), contrato 9952086. Também gostaria de agradecer ao (PROEX-CAPES), Centro Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq 311516 / 2014-9) e a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) pelo apoio..

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(12) A vida é muito curta para viver o sonho de outra pessoa. (Hugh Hefner).

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(14) RESUMO INDICADOR DE VULNERABILIDADE OPERACIONAL PARA PRIORIZAÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA EM SUBESTAÇÕES AUTOR: William Ismael Schmitz ORIENTADORA: Luciane Neves Canha Esta Dissertação apresenta uma nova metodologia para a classificação e substituição de transformadores de potência em subestações. Este trabalho propõe a utilização de um indicador denominado Indicador de Vulnerabilidade Operacional (IVO), constituído por dois grupos de critérios, Condição Técnica (CT) e Condição Operacional (CO). Através do IVO é possível identificar quais transformadores de um conjunto de subestações que apresentam prioridade para substituição, considerando as informações técnico-operacionais disponíveis nas subestações. A condição técnica (CT) é composta pelo o índice de paralelismo, disponibilidade de transformador reserva e potência nominal. Através de critérios como o índice de paralelismo desenvolvido para este trabalho, é possível identificar a porcentagem da carga que se encontra assegurada por um transformador em paralelo no momento de uma contingência. A condição operacional (CO) aborda a situação física do transformador, tipicamente encontrado na literatura como health index. Ela avalia fatores como a deterioração do papel celulose que compõe a isolação e do óleo, idade do equipamento e fator de carregamento, resultando em uma expectativa de vida para o transformador. O indicador de vulnerabilidade operacional pode ser utilizado como um importante balizador no planejamento estratégico da aplicação de recursos nas empresas de energia elétrica. A metodologia deste trabalho é verificada através de um estudo de caso envolvendo dados reais de 7 subestações e 39 transformadores de potência, pertencentes a Companhia Estadual de Geração e Transmissão de Energia Elétrica (CEEE-GT). A validação do método é obtida comparando a eficácia do método proposto com o ranking obtido através do tradicional health index. Palavras-chave: Subestações. Substituição de Transformadores de Potência. Índice de Paralelismo. Índice de Saúde. PROMETHEE..

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(16) ABSTRACT OPERATIONAL VULNERABILITY INDICATOR FOR PRIORITIZATION AND REPLACEMENT OF POWER TRANSFORMERS IN SUBSTATIONS AUTHOR: William Ismael Schmitz ADVISOR: Luciane Neves Canha This thesis presents a new methodology for the classification and substitution of power transformers in substations. The thesis proposes the use of the Operational Vulnerability Indicator (OVI), which consists of two groups of criteria, Technical Condition (TC) and Operational Condition (OC). This indicator allows identifying which power transformers from a set of substations have priority for substitution, considering technical-operational information available in the substations. The Technical Condition (TC) is composed by the parallelism index, reserve transformer availability and nominal power. Through criteria such as the parallelism index developed for this work, it is possible to identify the percentage of the load that is assured by a transformer in parallel at the moment of a contingency. The operational condition (OC) addresses the physical situation of the power transformer, typically found in the literature as health index. It assesses factors such as deterioration of the cellulose paper that makes up the insulation and oil, age of the equipment and loading factor, resulting in a life expectancy for the power transformer. The operational vulnerability indicator can be used as an important guide for the strategic planning of the resource application of electric power companies. The methodology is verified through a case study involving real data from 7 substations and 39 power transformers, belonging to a Brazilian electricity company. In the validation of the method, the effectiveness of the proposed method is compared with the ranking obtained through the traditional health index. Keywords: Substations. Power Transformers Substitution. Parallelism Index. Health index. PROMETHEE..

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(18) LISTA DE FIGURAS. Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.1 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5. – – – – – – – – – – – – – – – – – – –. Problemáticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Classificação dos Métodos ADM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Classificação dos Métodos por tipo de problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Função preferência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Gráfico de Ordenações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Perfil de uma alternativa em todos os critérios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Estrutura hierárquica genérica para o AHP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Organização dos critérios e contribuição do trabalho. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Ciclo de carregamento para uma emergência de longa duração. . . . . . . . . 66 Ciclo de carregamento para uma emergência de curta duração. . . . . . . . . . 67 Sobrecarga com 120% e 140% dentro do ciclo de 24 horas. . . . . . . . . . . . . 68 Função Usual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Função V-Shape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Área de concessão da CEEE-GT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Histograma do Índice de Saúde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Histograma IVO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Contribuição individual dos critérios do TR30 no fluxo Phi do IVO. . . . . . . . 98 Contribuição individual dos critérios do TR26 no fluxo Phi do IVO. . . . . . . . 99 Contribuição individual dos critérios do TR2 no fluxo Phi do IVO. . . . . . . . .100.

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(20) LISTA DE TABELAS. Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela Tabela. 2.1 – Matriz de Julgamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.1 – Pesos dos critérios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.1 – Dados de fabricação e operação de transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.2 – Dados de fabricação e operação de transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.3 – Condição Operacional dos Transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4.4 – Condição Operacional dos Transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.5 – Critérios do Estudo de Caso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.6 – Critérios do Estudo de Caso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.1 – Ranking de Transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 A.1 – Transformadores em paralelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114.

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(22) LISTA DE QUADROS. Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro Quadro. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7. – – – – – – – – – – – – – –. Matriz avaliação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Família do método ELECTRE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparação entre AHP e PROMETHEE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Critérios e pesos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funções de preferência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escala numérica para quantizar as alternativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de consistência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de saúde esperada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fatores carregamento e ambiental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cálculo para o fator carbono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Função do fator de gases hidro carbono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Peso dos gases hidro carbono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Função linear para a condição do óleo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Matriz de avaliação dos critérios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39 46 51 52 55 60 61 71 72 73 77 77 80 82.

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(24) LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS. ADM. Análise de Decisão Multicritério. AHP. Analytic Hierarchy Process. AN EEL. Agência Nacional de Energia Elétrica. AN P. Analytic Network Process. CEEE. −. GT. Companhia Estadual de Geração e Transmissão de Energia Elétrica. CAP ES. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. CESP. Companhia Energética de São Paulo. CN P q. Centro Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. EP E. Empresa de Pesquisa Energética. F AHP. Fuzzy Analytic Hierarchy Process. IEC. Comissão Eletrotécnica Internacional. IV O. Indicador de Vulnerabilidade Operacional. M ACBET H. Measuring Attractiveness by a Categorical Based Evaluation Technique. M AU T. Multi-attribute Utility Theory. M CDA. Multiple Criteria Decison Analysis. M CDM. Multiple Criteria Decision Making. MME. Ministério de Minas e Energia. M OLP. Multiobjective Linear Programming. N BR. Norma Brasileira. ON S. Operador Nacional do Sistema. PO. Pesquisa Operacional. P ROM ET HEE. Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluations. P &D. Pesquisa e Desenvolvimento. P roex. Programa de Excelência Acadêmica. P roret. Procedimentos de Regulação Tarifária. SIN. Sistema Interligado Internacional. T OP SIS. Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution.

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(26) LISTA DE SÍMBOLOS. β. Coeficiente de idade. ∈. Pertence. λ. Autovalor da matriz. ω. Peso. φ. Fluxo líquido. φ−. Fluxo de ordenação negativo. φ+. Fluxo de ordenação positivo. π. Grau de preferência. ∀. Para todo. aij. Grau de importância do critério i sobre j. Cf ur. Conteúdo de furfural. Cmax. Carregamento máximo. C2 H2. Acetileno. C2 H4. Etileno. C2 H6. Etano. Cj. Conjunto finito de critérios de avaliação. Cn. Número de critérios de avaliação. CH4. Metano. CO. Condição Operacional. CO. Monóxido de carbono. CO2. Dióxido de carbono. CT. Condição Técnica. dj. Valor real de uma alternativa genérica para um critério genérico. DP. Degree insulation paper Polymerization (grau de polimerização). FC,H. Função do fator de gás hidro carbono. FC,O. Funções lineares de monóxido de carbono e dióxido de carbono. Foil. Função linear que define os parâmetros do óleo.

(27) fC. Fator de carregamento. fE. Fator ambiental. Fj. Função preferência genérica. FO. Função objetivo. gj. Critério genérico. H0. Valor inicial do índice de saúde do transformador. H2. Hidrogênio. HIC,O. Índice de monóxido de carbono e dióxido de carbono. HICH. Índice de saúde na análise cromatográfica. HIf ur. Índice do teor de furfural. HIiso. Índice de saúde do papel isolante. HIoil. Índice de saúde do óleo. HIm. Índice de saúde do transformador. II. Indiferença. IC. Índice de Consistência. IP T. Índice de paralelismo do transformador. IR. Índice aleatório de consistência. IT R. Índice de transformador reserva. M. Matriz de julgamentos. N. Número total de transformadores em paralelo. Pα. Problemática de escolha ou seleção. Pβ. Problemática de classificação. Pδ. Problemática descritiva. Pγ. Problemática de ranking, ordenação, ou hierarquia. p. Limite para uma preferência rígida. Pc. Potência das cargas. Pct1. Distribuição da carga no transformador 1. Pct2. Distribuição da carga no transformador 2. Pct3. Distribuição da carga no transformador 3.

(28) PI. Preferência. Pj. Preferência para uma alternativa genérica. Pnt1. Potência nominal do transformador 1. Pnt2. Potência nominal do transformador 2. Pnt3. Potência nominal do transformador 3. PTR. Potência nominal do transformador. q. Limite para indiferença. R. Resistência. RI. Incomparabilidade. RC. Razão de Consistência. s. Valor intermediário entre q e p. SF 6. Hexafluoreto de enxofre. 0. Texp. Expectativa de vida esperada do transformador. Texp. Vida útil esperada do transformador, definido por norma. T1. Ano de fabricação do equipamento. T2. Ano em que o transformador está sendo analisado. TR. Transformador de potência. T Ri. Conjunto finito de alternativas. P T RN x. Potência nominal do transformador em análise. P T RN y. Potência nominal dos transformadores em paralelo com o transformador em análise. Vp. Tensão primária. Vs. Tensão secundária. X. Reatância. Z. Impedância. Zmt. Impedância média de curto circuito. Znt1. Impedância percentual do transformador 1. Znt2. Impedância percentual do transformador 2. Znt3. Impedância percentual do transformador 3.

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(30) SUMÁRIO. 1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.3 3.4 3.5 3.6 4 4.1 4.2 5. INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . JUSTIFICATIVA E MOTIVAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Objetivo geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Objetivo específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ESTRUTURA DO TRABALHO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . AVALIAÇÃO E MONITORAMENTO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . APOIO A DECISÃO MULTICRITÉRIO (ADM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos envolvidos nos métodos de análise multicriterial . . . . . . . . . . . Tipos de problemáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classificação dos métodos ADM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MÉTODOS MULTICRITÉRIO DE APOIO À DECISÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Método Analytic Hierarchy Process (AHP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elimination et Choix Traduisant la Realité (ELECTRE) . . . . . . . . . . . . . . . . . Measuring Attractiveness by a Categorical Based Evaluation Technique (MACBETH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluations (PROMETHEE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA E ESCOLHA DO MÉTODO . . . . . . . . . Método PROMETHEE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Método AHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . METODOLOGIA PROPOSTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CONSIDERAÇÕES PRINCIPAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . INDICADOR DE VULNERABILIDADE OPERACIONAL (IVO) E SEUS COMPONENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de paralelismo do transformador (IP T ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de transformador reserva (IT R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Potência nominal do transformador (P T R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de saúde principal (HIm ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de saúde do papel isolante (HIiso ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de saúde na análise cromatográfica (HIC,H ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice de saúde do óleo (HIoil ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FUNÇÃO OBJETIVO DO INDICADOR DE VULNERABILIDADE OPERACIONAL (IVO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DEFINIÇÃO DOS PESOS COM O MÉTODO AHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MODELAGEM DO PROBLEMA COM O MÉTODO PROMETHEE . . . . . . . . . CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ESTUDO DE CASO PARA O MODELO PROPOSTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CONSIDERAÇÕES PRINCIPAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ANÁLISES E RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27 28 29 29 29 30 33 33 36 37 39 40 42 43 45 47 48 49 50 52 58 61 63 63 63 65 69 70 70 72 74 76 81 81 82 83 85 85 87 95.

(31) 5.1 5.2 6 6.1 6.2. CONSIDERAÇÕES PRINCIPAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 SUGESTÕES DE CONTINUIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 TRABALHOS PUBLICADOS DURANTE O MESTRADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 APÊNDICE A – CONDIÇÕES PARA O PARALELISMO DE TRANSFORMADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 ANEXO A – RESOLUÇÃO NORMATIVA 443 ALTERADA PELA RESOLUÇÃO NORMATIVA 643 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.

(32) 1. INTRODUÇÃO. Atualmente, o sistema elétrico Brasileiro encontra-se interligado entre estados e regiões, no que tange a transmissão de energia elétrica, através do Sistema Interligado Nacional (SIN), permitindo um fluxo de potência entre as diferentes regiões do país, contribuindo para uma maior flexibilidade energética e um aumento da confiabilidade do sistema elétrico nacional. Este sistema de interligação energética possibilitou aproveitar locais com alto potencial de geração e distantes dos centros de carga. Entretanto, para que este processo de transferência de energia funcione satisfatoriamente, é necessário um alto nível de confiabilidade do sistema elétrico, de modo a evitar que, caso ocorra algum problema em um ponto especifico da chamada rede básica, desencadeie um efeito cascata em todo o sistema acarretando em um blackout geral do sistema elétrico. Devido à necessidade de uma maior confiabilidade do sistema interligado nacional, é indispensável que os equipamentos pertencentes a este sistema elétrico estejam em condições operacionais adequadas, pois caso ocorra um problema em um transformador importante de uma subestação retransmissora, resultará em grandes prejuízos financeiros para a concessionária e para os clientes. Aliado a esta preocupação, tem-se o fato de que o parque brasileiro de transformadores já possui uma idade avançada, sendo que a vida média de um transformador de potência varia em torno de 35 anos conforme NT038/2014 da ONS (Operador Nacional do Sistema) (ONS, 2014). Outro fator importante deve-se ao fato de que a maioria das empresas transmissoras de energia elétrica, pertencentes ao SIN, apresentam uma característica em comum, a de serem constituídas por diversas subestações, que por sua vez possuem inúmeros transformadores de potência em diversos estados de conservação, idades, configurações e níveis de supervisão. Esta diversidade torna o processo de decisão de escolha do transformador para receber manutenção ou ser substituído complexo e sujeito a um grande número de variáveis. Outro ponto que reforça esta insegurança no momento da escolha são os altos valores envolvidos - um transformador trifásico de 230/69kV 83MVA é apresentando em ANEEL (2010) com o valor de R$ 7.576.082,40 - representando uma parte significativa do capital da subestação, juntamente com o transtorno causado à confiabilidade do sistema elétrico caso um equipamento saia de operação, pois são equipamentos com um longo prazo de fabricação e entrega (DUARTE et al., 2010). O health index é um exemplo de metodologia adotada durante o processo de escolha do transformador de potência a ser substituído, abordando fatores referentes à condição atual do equipamento, ele auxilia o tomador de decisão como um parâmetro de escolha, indicando o equipamento mais vulnerável (ABU-ELANIEN; SALAMA; IBRAHIM, 2012; TAENGKO; DAMRONGKULKAMJORN, 2013; JAHROMI et al., 2009; DIXON; STEWARD; HOFFMEISTER, 2012). Entretanto, dificilmente é abordado o aspecto estratégico da su-.

(33) 28 bestação em que os transformadores se encontram, se operam em paralelo ou se possuem reserva. Fatores como estes podem postergar ou indicar a necessidade de adiantar a substituição de um determinado equipamento, contribuindo para um aumento na segurança do sistema elétrico como um todo. Os pontos anteriormente mencionados, trazem à tona a necessidade de criar mecanismos e ferramentas que contribuam para o gerenciamento destes ativos nas empresas transmissoras de energia elétrica que integram o SIN, visando uma manutenção preditiva que tem como foco evitar problemas para a rede básica devido à saída de operação de um equipamento tão importante. Outro ponto relevante é a necessidade de se auxiliar os agentes decisores com ferramentas para a tomada de decisão que embasem suas escolhas, tendo em vista o impacto técnico e econômico que uma decisão deste tipo pode gerar para empresa. Soma-se a isso o fato de esta decisão não ser trivial, pois envolve uma série de critérios e objetivos a serem atendidos que apresentam uma gama de restrições a serem respeitadas. Tendo em vista os fatores elencados, a presente dissertação propõe-se a desenvolver uma metodologia que apresente um ranking de transformadores de potência, pertencentes ao SIN, para a substituição. Este indicador irá inserir aspectos técnicos e operacionais destes equipamentos de maneira a auxiliar o tomador de decisão neste momento crucial. Entre os critérios que compõe o indicador proposto, destaca-se o índice de paralelismo, um método de cálculo inovador que permite identificar a parcela da carga do transformador que pode ser realocada para o transformador em paralelo nos momentos de contingência. Para a concepção do indicador proposto, é utilizado o Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluations (PROMETHEE), um método voltado para a solução de problemáticas de ranking, juntamente com o método Analytic Hierarchy Process (AHP), utilizado na definição dos pesos dos critérios envolvidos, obtendo como resultado da junção das características básicas de ambos os métodos, uma sinergia operacional apresentada por Macharis et al. (2004).. 1.1. JUSTIFICATIVA E MOTIVAÇÃO O presente trabalho tem como principal justificativa a resolução normativa da ANEEL. 443/2011 (ANEEL, 2011), apresentada no Anexo A, no qual estabelece a distinção entre melhorias e reforços em instalações de transmissão sob responsabilidade de concessionarias de transmissão, tratando sobre instalação ou substituição de equipamentos em subestações para aumento da observabilidade e controlabilidade do SIN, além de abordar outros quesitos. Tem-se também a alteração dada pela resolução ANEEL 643/2014 (ANEEL, 2014) que modifica o artigo 2° da normativa 443/2011, no qual é abordada a necessidade de planejamento prévio da concessionária referente ao final da vida útil dos.

(34) 29 equipamentos. Na normativa 443/2011 (ANEEL, 2011) fica estabelecido no artigo 3°A que a concessionária de transmissão deverá encaminhar à Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), ao ONS, à Empresa de Pesquisa Energética (EPE) e ao Ministério de Minas e Energia (MME), até 1º de fevereiro de cada ano, uma relação dos equipamentos com vida útil remanescente de até quatro anos, incluindo aqueles com vida útil esgotada. O parágrafo 1 do artigo 3°A, determina que deverão ser identificados pela concessionária de transmissão os equipamentos que necessitam ser substituídos, os respectivos prazos e as justificativas para a substituição. Já no parágrafo 2 deste mesmo artigo, define-se que a concessionária deverá identificar os equipamentos que ficarão em operação por tempo adicional de vida útil, indicando para cada equipamento as devidas justificativas . Estes fatores reforçam a necessidade de criar um indicador para priorização e substituição de transformadores de potência em subestações, já que se trata do equipamento de maior valor para uma concessionaria de transmissão. A análise e seleção de um determinado equipamento pertencente a um conjunto de diversos transformadores envolve uma grande quantidade de dados, critérios técnicos, critérios econômicos e restrições a serem observadas, tornando inviável a tomada de decisão somente pela experiência de especialistas, fazendo-se necessária a utilização de uma metodologia matemática para tal. Outro ponto importante, é que com a utilização de uma ferramenta de apoio à decisão, torna-se mais confortável para o tomador de decisão justificar a substituição de um referido equipamento, tendo em vista as exigências das normas apresentadas.. 1.2. 1.2.1. OBJETIVOS. Objetivo geral Como objetivo geral, este trabalho propõe-se a desenvolver uma metodologia para. rankeamento de transformadores de potência em subestações pertencentes ao SIN, visando a sua substituição, apontando os mais vulneráveis para o sistema elétrico de modo a tornar-se uma ferramenta de auxilio ao tomador de decisão no momento crucial desta escolha.. 1.2.2. Objetivo específicos • Escolha de método multicritério para elaboração de uma metodologia de classificação e seleção de transformadores de potência para substituição;.

(35) 30 • Inserir na metodologia de ranking os transformadores reserva na subestação; • Inserir na metodologia de ranking os transformadores em paralelo na subestação; • Inserir na metodologia de ranking a condição operacional do transformador de potência; • Definir critérios e pesos que irão compor o indicador de vulnerabilidade operacional; • Validar a metodologia desenvolvida, confrontando com a metodologia health index.. 1.3. ESTRUTURA DO TRABALHO Para melhor organização e relato das atividades realizadas no desenvolvimento da. presente Dissertação, este trabalho foi estruturado em 6 capítulos: • O capítulo 1 apresenta uma introdução do trabalho desenvolvido, trazendo as justificativas e os objetivos esperados; • No capítulo 2, apresenta-se uma revisão bibliográfica realizada com o objetivo de fundamentar a proposta, trazendo publicações que tratam direta ou indiretamente das questões ligadas ao monitoramento de transformadores de potência. Também é realizada uma completa revisão bibliográfica referente a metodologia multicritério, trazendo uma fundamentação teórica sobre algumas das principais metodologias, elementos envolvidos e tipos de problemáticas abordadas. Encerra-se com a caracterização do problema, definição do método AHP e PROMETHEE e aprofundamento dos métodos em questão. • No capítulo 3, a metodologia proposta para elaboração do IVO é apresentada, definindo cada critério individualmente, juntamente com o novo método de cálculo para o índice de paralelismo que compõe um dos critérios do IVO. Por fim, a função objetivo é delineada, seguida da definição dos pesos com o método AHP e modelagem do problema com o método PROMETHEE. • No capítulo 4, um estudo de caso é apresentado com o intuito de validar a metodologia proposta, através da análise de um cenário real composto por um conjunto de 7 subestações, totalizando 39 transformadores, pertencentes à Companhia Estadual de Geração e Transmissão de Energia Elétrica (CEEE-GT). Após.

(36) 31 apresentação da empresa parceira neste trabalho, os dados referentes a condição operacional e os dados técnicos de todos os transformadores e subestações envolvidas no estudo são inseridos no trabalho. Em posse destes dados, a metodologia proposta é validada através do cálculo individual de cada critério e parametrização no IVO, seguido de um estudo de caso com a metodologia health index de outra publicação, permitindo uma comparação dos resultados encontrados. • No capítulo 5 são apresentados os resultados encontrados no estudo de caso do capítulo anterior, seguido de uma ação reflexiva a respeito das diferenças encontradas entre o ranking IVO e health index. • O capítulo 6 conclui esta dissertação, apresentando uma reflexão sobre o trabalho desenvolvido e encaminhando propostas para trabalhos futuros..

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(38) 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. Este capítulo apresenta a revisão bibliográfica realizada nesta Dissertação com o objetivo de fundamentar a proposta e apresentar as preocupações e soluções das publicações encontradas, que tratam direta ou indiretamente das questões ligadas ao monitoramento de transformadores de potência, juntamente com a problemática da seleção de transformadores de potência para substituição. Além disto, são apresentadas algumas metodologias e critérios abordados nestas publicações para o processo decisório. No decorrer da primeira seção, são apresentadas as principais diferenças de abordagem em cada trabalho estudado, contribuindo com o assunto desenvolvido nesta Dissertação. Em seguida, é apresentada a revisão bibliográfica realizada com o objetivo de fundamentar a escolha da metodologia multiriterial utilizada, começando com uma fundamentação teórica e histórica sobre a metodologia multicriterial, seguida dos elementos envolvidos e parâmetros principais. Também são apresentadas as principais diferenças entre as problemáticas multicriteriais e os métodos estudados, tendo como foco o assunto desenvolvido nesta Dissertação. Posteriormente, uma breve classificação dos métodos para tomada de decisão multicriterial é apresentada, seguida de alguns dos principais métodos aplicados na literatura e seus diversos empregos. Na última parte, é feita uma caracterização do problema envolvido neste trabalho, seguido da escolha do método mais adequados na solução desta problemática. Por fim, um detalhamento dos métodos PROMEHTEE e AHP é realizado, tendo em vista que eles foram utilizados nesta dissertação para modelagem do problema proposto.. 2.1. AVALIAÇÃO E MONITORAMENTO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA Estudos recentes visando à manutenção e substituição de transformadores de po-. tência têm apresentado as mais diferentes metodologias na solução desta problemática (ABU-ELANIEN; SALAMA; IBRAHIM, 2012; DUARTE et al., 2010; TAENGKO; DAMRONGKULKAMJORN, 2013; JAHROMI et al., 2009; DIXON; STEWARD; HOFFMEISTER, 2012; ABU-ELANIEN; SALAMA, 2010; JÜRGENSEN; NORDSTRÖM; HILBER, 2016; BACHA; SOUAHLIA; GOSSA, 2012; MIJAILOVIC, 2008; RISTIC; MIJAILOVIC, 2012; VELASQUEZCONTRERAS; SANZ-BOBI; GALCERAN, 2011; VIANNA et al., 2017). Abu-Elanien e Salama (2010) traz uma revisão extensa de diversas técnicas e metodologias para avaliação e monitoramento da condição dos transformadores que estão sendo empregadas atualmente. Também são categorizados três tipos de tempo de vida existentes para estes equipamentos, o tempo de vida físico, que se refere ao tempo de operação do transformador até ele começar a apresentar defeitos nos componentes, o tempo de vida técnico, que re-.

(39) 34 presenta o desfasamento tecnológico ou limite operacional do equipamento, e o limite de vida econômico, relacionado à depreciação contábil do equipamento, ano após ano. As pesquisas desenvolvidas por Duarte et al. (2010), apresentam uma abordagem para a substituição de transformadores de potência em uma companhia de energia elétrica. A substituição é feita com base no risco, trazendo um processo interativo baseado na combinação de estado do equipamento e criticidade para o sistema elétrico. O autor comenta que o acompanhamento de transformadores por meio de monitoramento online de gases dissolvidos, principalmente em transformadores com idade avançada, pode dar uma indicação de que uma falha pode ser eminente baseado na mudança das condições de falha do transformador. Porém, existem modos de falhas que não seguem uma degradação suave e linear que possibilite a identificação antecipada por estes métodos, como falhas mecânicas, tornando-os inadequados. Portanto, estas análises devem ser acompanhadas de outras abordagens estratégicas no monitoramento e substituição destes equipamentos. Em Jürgensen, Nordström e Hilber (2016) é apresentada uma metodologia para calcular a taxa de falhas individual dos transformadores baseada nas estatísticas de falhas, medidas de confiabilidade, análise de gás dissolvido e 2-FAL. O trabalho realiza um estudo de caso utilizando uma população de 30 transformadores, no qual compara a nova metodologia proposta com o health index e uma ferramenta de gerenciamento de ativos. Os dados referentes aos 30 transformadores utilizados por Jürgensen, Nordström e Hilber (2016) são retirados de Abu-Elanien, Salama e Ibrahim (2012), que apresenta um novo método para o cálculo do health index em transformadores de 69kV considerando a analise dos gases dissolvidos, analise do óleo e furfuraldeído, juntamente com metodologia fuzzy. Bacha, Souahlia e Gossa (2012) apresenta uma metodologia voltada para o diagnostico de falhas em transformadores através de analise de gases dissolvidos no óleo e support vector machine. O trabalho desenvolvido por Rigatos e Siano (2016), propõe um método que pode detectar falhas do transformador em seus estágios iniciais. Uma modelagem neural juntamente com uma abordagem estatística local é utilizada para diagnosticar uma falta incipiente. A rede neural-fuzzy é usada para modelar a condição térmica do transformador em operação, de modo a identificar pontos quentes, os chamados hot spots. Chatterjee, Bhattacharjee e Roy (2012) apresenta uma análise e modelagem matemática das características dos gases dissolvidos no óleo do transformador, no qual também propõe um modelo de Markov para prever o estado da saúde de um transformador, juntamente com um cronograma de agendamentos para filtragem regular destes gases, com o objetivo de prolongar a vida útil do transformador de potência. Em Abu-Siada e Hmood (2015), também é apresentada uma metodologia para a classificação crítica de transformadores de potência para manutenção, porém, somente com base no diagnóstico da análise de gases dissolvidos no óleo. O trabalho de Mijailovic (2008) apresenta um método para avaliar os efeitos de.

(40) 35 algumas formas de manutenção preventiva, apresentando uma metodologia para o cálculo do custo esperado no reparo de alguns tipos de falhas e para a redução da carga. Ristic e Mijailovic (2012) apresentam a melhor estratégia de exploração de transformadores de potência, combinando diferentes tipos de manutenção preventiva e de peças de reposição, juntamente com a instalação de sistemas de monitoramento de condições de componentes individuais, que otimizam as estratégias de reposição e diminuem drasticamente as falhas catastróficas. Velasquez-contreras, Sanz-bobi e Galceran (2011) apresenta um completo e complexo sistema para a gestão de ativos em uma concessionária de energia elétrica aplicada aos transformadores de potência. É composto por um sistema de detecção de falhas e analise de confiabilidade, utilizando modelos de previsão com inteligência artificial, analise da temperatura do óleo e gás dissolvido. Trabalhos encontrados na literatura apresentam o health index como uma solução efetiva na identificação do final da vida dos transformadores, pois reúne diversos dados referentes à condição operacional do equipamento em um único valor. Taengko e Damrongkulkamjorn (2013) apresentam uma metodologia health index que utiliza critérios como idade do equipamento, histórico de carregamento, inspeção e manutenção, históricos de falhas internas, localização da subestação, fabricante do transformador, rigidez dielétrica, quantidade de água no óleo, análises de gases dissolvidos, resistência de isolação, resistência de enrolamento, relação de espiras, fator de potência do enrolamento, fator de potência do óleo. Islam, Lee e Hettiwatte (2017) apresenta um cálculo quantitativo do índice de saúde dos transformadores com base em seis medidas-chave, rigidez dielétrica, acidez ou valor de neutralização, teor de água, fator de dissipação (tan δ ), gases dissolvidos totais e furano, juntamente com a Rede Neural de Regressão Geral (General Regression Neural Network - GRNN). O método foi testado usando medições de 100 transformadores de potência coletados em uma empresa de serviços públicos. Em Jahromi et al. (2009) foram considerados critérios como resistência de isolação, inspeções visuais de rotina do transformador, análises termográfica, qualidade do óleo, análises de gases dissolvidos, testes e inspeção de Tap, análise do fator de dissipação (tan δ ), corrente de excitação, resistência de enrolamento, descargas parciais entre outros. Dixon, Steward e Hoffmeister (2012) utilizaram critérios semelhantes juntamente com um estudo de caso real envolvendo um grupo de transformadores, também foram acrescentados critérios como fator de carregamento e horas em operação do transformador. Um trabalho abordando a mesma problemática de ranking de equipamentos foi realizado por Vianna et al. (2017), em que se apresenta uma nova metodologia para a escala e priorização de disjuntores SF6 para manutenção em subestações. São abordados critérios referentes à condição básica destes equipamentos e condições de operação, representando as condições físicas e operacionais dos equipamentos que podem comprometer a desempenho e contribuir para a ocorrência de falhas. Como visto nos trabalhos abordados, existe uma grande variedade de critérios téc-.

(41) 36 nicos operacionais, entretanto, nenhum trabalho aborda o aspecto estratégico da subestação em que os transformadores se encontram, se operam em paralelo ou se possuem reserva. O trabalho desenvolvido por Vianna et al. (2017) se aproxima muito da proposta desta publicação, que pretende inserir na tomada de decisão para substituição de transformadores, critérios referentes a operação técnica, acrescentando aos dados sobre à condição básica da saúde do equipamento, aspectos técnicos do local em que se encontram e que afetam indiretamente o processo decisório. Trabalhando de maneira complementar ao processo de escolha por health index, são adicionados critérios como o índice de paralelismo dos transformadores e a existência de transformador reserva, que permitem identificar equipamentos críticos para sistema elétrico, compondo deste modo o Indicador de Vulnerabilidade Operacional (IVO) de transformadores de potência em subestações.. 2.2. APOIO A DECISÃO MULTICRITÉRIO (ADM) Em cada decisão tomada, é necessário que se faça um balanço de múltiplos fatores. ou critérios, que tomamos as vezes de forma explicita ou as vezes de maneira inconsciente. De acordo com Belton e Stewart (2002), a análise de decisão de multicritério é um conjunto de ferramentas de auxílio para a tomada de decisões, que visa ajudar o tomador de decisão a organizar e sintetizar as informações e dados disponíveis. A utilização destas ferramentas contribui para que o tomador de decisão se sinta confiante e confortável no momento de decisão propriamente dito, diminuindo um possível arrependimento pós-decisão por considerar que os critérios e fatores foram corretamente levados em consideração. Este conjunto de ferramentas e métodos que compõe a Análise de Decisão Multicritério (ADM), do termo em inglês Multiple Criteria Decison Analysis (MCDA) ou Multi Criteria Decision Making (MCDM), proporciona uma abordagem formal que auxilia o agente tomador de decisão a lidar com problemas complexos, onde ocorrem altos níveis de conflitos entre os critérios analisados. Em 19 de setembro de 1772, Benjamin Franklin em uma carta escrita para Joseph Prestly já descrevia um processo de tomada de decisão de sua autoria para troca entre alternativas, que ele denominou como álgebra moral ou prudente (FIGUEIRA; GRECO; EHRGOTT, 2005; MACCRIMMON, 1973). Através deste processo primitivo apresentado por ele, é possível notar o elementos fundamentais da tomada de decisão, permeada basicamente na escolha de uma alternativa entre tantas outras pertencentes a um conjunto, composta por critérios qualitativos e quantitativos de difícil escolha comparação. No caso grande importância para você e que pede meu conselho, não posso.

(42) 37 aconselhá-lo sobre o que fazer, mas, se você quiser, digo-lhe como [...] meu caminho é dividir uma folha de papel por uma linha em duas colunas, escrevendo sobre os Pró na primeira parte, e os contras na segunda [...] Quando consegui juntar todos em uma única visão, eu me esforço para estimar seus respectivos pesos; e onde eu acho dois, um de cada lado, que parecem iguais, eu os elimino. Se eu achar uma razão pró igual a duas razões contras, eu as elimino. Se eu julgar que duas razões contras são iguais a três razões pró, elimino as cinco, e procedendo desta maneira, posso descobrir onde o equilíbrio se encontra, e se, depois de um dia ou dois de considerações nada de novo aparecer em ambos os lados, tenho uma decisão final. [...] Eu encontrei grande vantagem desse tipo de equação, que poderia ser chamado de álgebra moral ou prudencial (FIGUEIRA; GRECO; EHRGOTT, 2005 apud MACCRIMMON, 1973).. Foi durante a década de 70, momento em que a comunidade científica internacional, que já vinha trabalhando e pesquisando intensamente a Pesquisa Operacional (PO), começou a se interessar pelo tema ADM, introduzindo o termo Multiple Criteria Decision Making (MCDM), que tinha como um dos principais objetivos, incorporar mais de um critério no processo decisório, ao contrário dos métodos monocritério da pesquisa operacional até então abordados (LEHNHART, 2016). É interessante notar-se que as ferramentas ADM são empregadas em situações onde além de ocorrer conflito entre os critérios, apresentam ambiguidades nas medições e/ou decisões em que envolvem múltiplos interessados. Contudo, deve ser observado o fato de que a ADM não fornece uma solução ótima, pois de acordo com Belton e Stewart (2002), esta resposta ótima não existe no contexto da análise de múltiplos critérios. A ADM não tem por objetivo eliminar a subjetividade nas decisões, em particular, na escolha dos critérios que são a base da decisão e dos relativos “pesos” dados a eles. Ela é uma ferramenta de auxílio na tomada de decisão que visa integrar o objetivo mensurado com o objetivo de valor, gerenciando a subjetividade das escolhas.. 2.2.1. Elementos envolvidos nos métodos de análise multicriterial De maneira geral, nos métodos de tomada de decisão podem ser encontrados al-. guns componentes e agentes que são comuns em todos modelos disponíveis, estes componentes são os atores, agentes de decisão e analistas, as alternativas e critérios a serem analisados e também os tipos de problemática em que podemos inserir estes métodos. Atores se caracterizam por serem os interessados na decisão a ser tomada, são indivíduos ou entidades que de alguma maneira estão envolvidos nas consequências das decisões (LEHNHART, 2016). Campos (2011) cita como exemplo uma decisão envolvendo órgãos públicos, onde os atores são os cidadãos que pagam os impostos ou o próprio governo por exemplo. Para este trabalho, os atores são as companhias de energia elétricas que terão que alocar uma grande quantidade de recursos para a substituição de um transformador de potência..

(43) 38 O decisor ou agente de decisão tem a responsabilidade pela decisão, pode ser composto por um grupo de pessoas assim como somente um indivíduo que tem como tarefa sistematizar o processo, modelando as preferências e auxiliando no processo decisório. O analista, ou especialista, tenta orientar e ajudar o tomador de decisão a chegar a uma decisão satisfatória, podendo ser composta por uma pessoa ou um grupo de especialistas. Campos (2011) aborda que o analista ou especialista se difere do facilitador, pois, o facilitador contribui para o processo auxiliando no esclarecimento, nas negociações e buscando informações para o analista, este por sua vez é especialista na metodologia multicritério, assim como no assunto envolvido na decisão Bernardon et al. (2015). As alternativas ou ações potenciais, são o conjunto de opções em que o decisor irá realizar a escolha. Elas podem ser divididas em quatro tipos, conforme apresenta Lehnhart (2016): • reais, onde as ações são executadas e se concretizam; • fictícias, que ainda não foram formalizadas, como projetos idealizados; • realistas, em que o projeto é viável de execução, e; • irrealista, com projetos que não são passiveis de execução, são inviáveis. Critérios ou atributos compreendem os objetivos a serem alcançados, eles são utilizados como parâmetros de avaliação do grupo de alternativas em análise. Estes critérios podem abranger naturezas subjetivas ou objetivas, em que a subjetividade compõe as preferencias individuais dos agentes de decisão. As escalas são de fundamental importância, pois são utilizadas para graduar e quantificar os critérios ou atributos que podem ter caráter quantitativo ou qualitativo, permitindo uma forma de graduação destes ou quaisquer fatores envolvidos. Podem ser escalas nominais, onde os elementos são agrupados em conjuntos e nomeados, nesta escala não é possível efetuar operações aritméticas. As escalas ordinais permitem que os elementos obedeçam a uma ordem com valores numerais, ou nomes como bom, ruim e péssimo Campos (2011). Têm-se as escalas intervalares, em que são atribuídas por uma transformação linear ou escalar, através de formulas como na escala da temperatura. Já na escala razão ou cardinal, é feita uma quantificação partindo-se de um ponto zero fixo e absoluto, como no caso do peso de uma pessoa, idade ou preço de algo. Matriz de avaliação, ou matriz de decisão caracteriza-se por mostrar na forma de tabela ou matriz a relação entre as alternativas para os diversos critérios em avaliação. É através da matriz que se obtém o resultado final, também é possível identificar de forma simples o desempenho das alternativas para cada critério. Na Quadro 2.1 é possível ver um exemplo de matriz, composto por critérios e alternativas..

(44) 39 Quadro 2.1 – Matriz avaliação. Alternativa/Critério A1 ... Am. C1. C2. a11 a21 am1. a12 a22 a2m. ... ... ... .... Cn. a1n a2n amn. Fonte: Adaptado de Lehnhart (2016).. Belton e Stewart (2002) comentam que o processo decisório pode ser separado em três pontos chaves fundamentais: A identificação do problema e a estruturação, é o momento em que antes de se começar as analises, devem-se reunir as várias partes interessadas, incluindo os facilitadores e análise técnica, para que se chegue a um entendimento comum do problema, das decisões a serem feitas e dos critérios pelos quais as decisões serão julgadas e avaliadas. Resumidamente, é o momento de entendimento da complexidade do problema. Construção do modelo e sua utilização: A característica principal da ADM é o desenvolvimento de modelos formais para decisão de preferências, trocas de valores, metas, etc., que as políticas ou ações alternativas em estudo podem ser comparados em relação ao outro de forma sistemática e de maneira transparente. Desenvolvimento de planos de ação: A ADM está preocupara não somente com a análise, mas também com a implementação dos resultados, que é o momento onde se traduz a análise em planos específicos de ações.. 2.2.2. Tipos de problemáticas Na implementação da Análise de Decisão Multicritério (ADM), é importante conhe-. cer os tipos de problemáticas em que ADM pode ser inserida, pois isso irá direcionar o método de multicritério a ser utilizado. Roy (1996) estabelece 4 tipos de problemáticas (FIGUEIRA; GRECO; EHRGOTT, 2005; BELTON; STEWART, 2002): Problemática de escolha ou seleção (Pα): onde é feita uma escolha entre muitas alternativas disponíveis, os elementos de um conjunto de alternativas são comparados entre si de modo a eliminar o maior número de ações possíveis, relutando em uma alternativa ou grupo de alternativas. Problemática de classificação (Pβ ): agrupam-se as alternativas em categorias, as alternativas são classificadas de acordo com normas estabelecidas e o relutado está na organização ou triagem das ações. Problemática de ranking, ordenação, ou hierarquia (Pγ ): são classificadas as alternativas por ordem de preferência para então escolher a melhor posicionada, conforme uma hierarquia..

(45) 40 Problemática descritiva (Pδ ): é descrito ações e consequências de maneira formal e sistemática, para que os tomadores de decisão possam avaliar essas ações focando no aprendizado, de modo a ganhar uma maior compreensão do que pode ou não ser viável. As quatro problemáticas podem ser visualizadas melhor na Figura 2.1, adaptada por (CAMPOS, 2011 apud DOUMPOS; ZOPOUNDIS, 2002). Além destas problemáticas apresentadas, Belton e Stewart (2002) acrescentam mais duas: Problemática de portfólio: é identificada a melhor combinação de alternativas de um conjunto maior de possibilidades, levando em conta não só características individuais, mas suas interações e sinergia, descrevendo ações de uma maneira formal e sistemática, para que os tomadores de decisão possam avaliar estas ações. Problemática de design: Tem como objetivo procurar, identificar ou criar novas alternativas de decisão de modo a alcançar as metas e objetivos apresentados no processo ADM. É possível fazer uso de mais de um tipo de problemática em um problema de multicritério, ou usar uma problemática de hierarquia para resolver problema de seleção ou classificação.. 2.2.3. Classificação dos métodos ADM Existem diversas maneiras de classificar os métodos multicritério, Vincke (1986). classifica-os em três grandes grupos, programação matemática multiobjetivo, teoria da utilidade multiatributo, do inglês Multi Attribute Utility Theory (MAUT), e métodos de sobreclassificação, do inglês (outranking methods). Programação matemática multiobjetivo, procura apresentar uma solução ótima para a função objetivo. São métodos matemáticos que utilizam o princípio da otimização para resolver um problema, através de procedimentos de programação, especificamente na programação linear multiobjetivo (Multiobjective Linear Programming - MOPL) (LEHNHART, 2016). Teoria da utilidade multiatributo, do termo em inglês Multi-attribute Utility Theory (MAUT), tem como princípio uma função utilidade a ser otimizada composta por diferentes critérios associados. A utilidade é estabelecida para cada ação, na qual a escolhida é aquela que obtém a maior utilidade esperada para os decisores em relação ao aspecto que está sendo requerido em determinado critério. Se substituirmos o termo função utilidade por função objetivo, o termo ação por alternativa, podemos entender que este método tem como princípio otimizar uma função objetivo composta por diferentes critérios, em que a alternativa escolhida será a que apresentar o melhor objetivo para os decisores em relação a cada critério. De acordo com Lehnhart (2016) e Campos (2011), estes métodos fazem parte da escola americana, onde os princípios são fundamentados nos trabalhos de Von Neuman e Morgensten..

(46) 41. Figura 2.1 – Problemáticas.. Fonte: Adaptado de (CAMPOS, 2011 apud DOUMPOS; ZOPOUNDIS, 2002)..

(47) 42 Método de sobreclassificação, do termo em inglês Outranking, segue uma abordagem não compensatória de acordo com a escola Francesa, onde não se pode compensar uma avaliação ruim com uma avaliação boa. Desta forma, admite-se o princípio da incomparabilidade, no qual duas alternativas com mesma pontuação podem apresentar comportamentos distintos. Estas relações de sobreclassificação, superação ou outranking correspondem àquelas onde duas ações são incomparáveis, são situações nas quais o decisor “não pode”, “não sabe como” ou o “decisor não quer decidir” (CAMPOS, 2011; LEHNHART, 2016). Os métodos multicriteriais possuem outra característica importante, refere-se a análise de compensação entre atributos. A teoria da utilidade de multiatributo é considerada compensatória, com métodos pertencentes a escola Americana, como o Analytic Hierarchy Process (AHP) por exemplo. Já os métodos da escola Francesa são vistos como não compensatórios. A diferença entre os métodos compensatórios e não compensatórios refere-se à comparação entre os critérios. A compensação questiona se as vantagens de um atributo podem ou não serem trocadas pelas desvantagens do outro. Quando o decisor opta por um critério em detrimento do outro, precisa-se estabelecer uma compensação. Os métodos da escola Norte-Americana tem como proposito agregar todas informações de forma resumida. No método AHP este resumo vem em função da utilidade multiatributo com a obtenção dos pesos globais das diversas alternativas. Para os métodos da escola Francesa, agregam por meio dos conceitos de superação todas as informações do agente de decisão sem efetuar uma operação de resumo ou síntese (CAMPOS, 2011). Ainda referente a esquemas de classificação dos métodos ADM, Allen et al. (2004) comenta que existe uma disparidade na literatura, mas apresenta três categorias de classificação possíveis com o intuito de esclarecer esta questão, conforme pode ser visto na Figura 2.2. Quanto a classificação por tipo de problema de decisão, os métodos ADM podem ser separados em tomada de decisão multiatributos, Multi Attribute Decision Making (MADM), e tomada de decisão multiobjetivo, Multi objective Decision Making (MODM). Em Kubler et al. (2016), são apresentados exemplos de alguns métodos classificados em MODM e MADM, conforme a Figura 2.3.. 2.3. MÉTODOS MULTICRITÉRIO DE APOIO À DECISÃO Tendo em vista as classificações apresentadas anteriormente, a seguir são apre-. sentados alguns métodos tradicionais para tomada de decisão e já consolidados na literatura. Estes métodos são uma pequena amostra da variedade existente, que Allen et al. (2004) afirmava que em 2004 passavam de 70, mas servem como mais uma direção para escolha do método adequado para o presente trabalho..

(48) 43 Figura 2.2 – Classificação dos Métodos ADM.. Fonte: Adaptado de Allen et al. (2004).. 2.3.1. Método Analytic Hierarchy Process (AHP) Segundo Bernardon et al. (2015), um dos métodos utilizados na análise multicrite-. rial é o método Analytic Hierarchy Process (AHP) proposto por Saaty (1990) nos Estados Unidos. O método AHP consiste em uma análise técnica de decisão e planejamento de múltiplos critérios, o qual o grau de preferência de um objetivo em relação a outro é quantificado seguindo-se uma tabela desenvolvida por Saaty, com a relação das alternativas sendo apresentadas através de uma matriz. A solução final vem da resolução de um sistema matricial, no qual cada solução terá um valor e a melhor alternativa será a de maior valor na caso de maximização da função objetivo, e menor valor para uma função de minimização. Segundo Moura (1997), a metodologia valoriza a experiência e o conhecimento do agente de decisão, o que o torna um importante instrumento na tomada de decisão, caracterizado pela capacidade de analisar um problema e tomar uma decisão mediante a construção dos níveis hierárquicos. Neste método, o problema sendo ele complexo ou não, é estruturado de forma hierárquica e decomposto por níveis de hierarquia. Começase com a definição de um objetivo global ou principal, posteriormente são definidos os critérios em uma estrutura de árvore e feito os julgamentos comparativos dos critérios aos.

(49) 44 Figura 2.3 – Classificação dos Métodos por tipo de problema.. Fonte: Adaptado de Kubler et al. (2016).. pares (CAMPOS, 2011; GOMES, 2007). Devido ao método AHP utilizar o conceito de modelagem por preferência, ele parte do princípio que a decisão está relacionada a uma função de utilidade, com isso, tem os critérios do problema convertido em pesos de modo a formar os parâmetros. As aplicações deste método podem ser divididas nas seguintes categorias (BERNARDON et al., 2015; BHUSHAN; RAI, 2004): • Escolha – seleção da melhor alternativa entre um grupo de alternativas disponíveis; • priorização ou avaliação – determina a importância relativa entre um grupo de alternativas; • alocação de recursos – encontra a melhor combinação de alternativas sujeitas a uma variedade de restrições; • avaliação comparativa – de processos ou sistemas diferentes ou conhecidos; • gerenciamento de qualidade. De modo a tornar a tomada de decisão organizada, o método pode ser dividido nas seguintes etapas: 1. Estudar a situação e definir o problema principal e o resultado pretendido..