Proposta de novas topologias da rede de distribuição de média tensão do Campus Central da UFRN a partir da entrada em operação da subestação de 69 kV

(1)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENERGIA ELÉTRICA

JOÃO MARIA VITAL DE PAIVA

PROPOSTA DE NOVAS TOPOLOGIAS DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO

DE MÉDIA TENSÃO DO CAMPUS CENTRAL DA UFRN A PARTIR DA

ENTRADA EM OPERAÇÃO DA SUBESTAÇÃO DE 69

K

V. Natal,

Junho de 2019.

(2)

JOÃO MARIA VITAL DE PAIVA

PROPOSTA DE NOVAS TOPOLOGIAS DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO

DE MÉDIA TENSÃO DO CAMPUS CENTRAL DA UFRN A PARTIR DA

ENTRADA EM OPERAÇÃO DA SUBESTAÇÃO DE 69

K

V. Natal,

Junho de 2019.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Mestrado Profissional em Energia Elétrica como parte dos requisitos para obtenção de título de Mestre em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Dr. Arrhenius Vinicius da Costa Oliveira

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Paiva, João Maria Vital de.

Proposta de novas topologias da rede de distribuição de média tensão do Campus Central da UFRN a partir da entrada em operação da subestação de 69 kV / Joao Maria Vital de Paiva. - 2019. 236f.: il.

Dissertação (Mestrado)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Mestrado Profissional em Energia Elétrica, Natal, 2019.

Orientador: Dr. Arrhenius Vinicius da Costa Oliveira.

1. Distribuição de energia Dissertação. 2. Média tensão -Dissertação. 3. Reconfiguração de redes - -Dissertação. I. Oliveira, Arrhenius Vinicius da Costa. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 621

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JOÃO MARIA VITAL DE PAIVA

PROPOSTA DE NOVAS TOPOLOGIAS DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE MÉDIA TENSÃO DO CAMPUS CENTRAL DA UFRN A PARTIR DA ENTRADA EM

OPERAÇÃO DA SUBESTAÇÃO DE 69 KV.

Aprovado em: ____ /____ /____

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Arrhenius Vinicius da Costa Oliveira Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Orientador

Universidade Federal do Rio Grande do Norte Prof. Dr. José Luiz da Silva Junior

Examinador Interno

Universidade Federal do Rio Grande do Norte Prof. Dr. Marcos Dias de Almeida

Universidade Federal Rural do Semi-Árido Prof. Dr. Rodrigo Prado de Medeiros

Dissertação de Mestrado apresentada ao Mestrado Profissional em Energia Elétrica como parte dos requisitos para obtenção de título de Mestre em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Dr. Arrhenius Vinicius da Costa Oliveira

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Aos meus pais e irmã por sempre incentivar meus estudos.

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Primeiramente, a Deus, por me fortalecer para enfrentar os desafios diários e iluminar a minha trajetória.

Aos meus pais, Keila e Paiva, por sempre incentivarem os meus estudos e me apoiarem em todos os momentos. A minha irmã, Juliana, por apoiar nos meus sonhos e estar ao meu lado.

Ao meu orientador, prof. Arrhenius por compartilhar seu conhecimento, pela paciência, confiança e tempo dedicado.

Ao prof. José Luiz pela colaboração e orientações que contribuíram para o meu crescimento pessoal e profissional. Professor que se dedica a UFRN e me inspirou na realização deste trabalho.

Aos professores Max Chianca e Marcos Dias pela disponibilidade e atenção.

Aos ex-estagiários Luis Felipe e Jose Francisco, hoje engenheiros, pelo o incentivo e ajuda na realização deste projeto.

Aos amigos que conquistei nesse período, Larissa Mello, Isadora Fernandes, Felipe Omar, por entenderem meus momentos ausentes e me permitirem compartilhar as frustações e conquistas durante esta jornada.

A Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN por incentivar o estudo e a pesquisa, possibilitando o meu crescimento como cidadão e profissional.

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Nos últimos anos, a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) tem passado por um processo de desenvolvimento e crescimento, com a construção de novos prédios e laboratórios em seu Campus Central. Com isso, torna-se necessária uma adequação na rede de alimentação para atender adequadamente à nova demanda. Esse trabalho tem o objetivo inicial de analisar a topologia atual do sistema de distribuição do Campus Central da UFRN e, em seguida, propor um projeto de reconfiguração da rede de distribuição, para que uma eventual interrupção de energia na rede atinja o menor número de consumidores possível. Serão realizadas simulações computacionais com o intuito de analisar a atual situação da rede de distribuição em caso de defeito e, a partir daí, realizar o projeto de reconfiguração. Serão propostos dois modelos de rede, ambos respeitando o Plano Diretor do Campus Central – PD Campus, que tem o intuito de apresentar alternativas para repor as eventuais cargas ilhadas devido a um defeito ou a uma manutenção na rede.

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In recent years, the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN) has undergone a process of development and growth, with the construction of new buildings and laboratories in its Central Campus. With this, it becomes necessary to adjust the energy distribution network so that it can adequately satisfy the new demand. This work has the initial objective of analyzing the current topology of the energy distribution network of the UFRN Central Campus, and then proposes a reconfiguration of the energy distribution network so that any interruption of energy in the network reaches the smallest number of possible consumers. Computational simulations will be performed in order to analyze the current situation of the energy distribution network in case of a defect and, from there, to carry out the reconfiguration project. Two models will be proposed, both respecting the “Plano Diretor do Campus Central – PD Campus”, which has the intention of presenting alternatives to recover the possible loads due to a defect or maintenance in the network.

Keywords: Energy distribution network, Medium voltage, Reconfigurable energy distribution network.

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Figura 3.1 – Mapa do Campus – UFRN.

Figura 3.2 – Mapa da UFRN dividido por zonas. Figura 3.3 – Gráfico de Potência Ativa versus Horas.

Figura 4.1 – Distribuição espacial das chaves e religadores no Campus Central. Figura 4.2 – Chaves com função de encabeçamento entre alimentadores. Figura 4.3 – Trecho de rede simples e rede dupla.

Figura 4.4 – Percurso do Alimentador 1 na Planta do Campus Central – Topologia Atual.

Figura 4.5 – Diagrama unifilar do Alimentador 1 – Topologia Atual.

Figura 4.15 – Diagrama unifilar do Alimentador 6 – Topologia Atual. Figura 4.16 – Divisão dos trechos com rede dupla – Topologia Atual.

Figura 4.17 – Distribuição espacial das chaves e religadores no Campus Central – Topologia 1.

Figura 4.18 – Percurso dos Alimentadores na Planta do Campus Central – Topologia 1. Figura 4.19 – Percurso do Alimentador 1 na Planta do Campus Central – Topologia 1. Figura 4.20 – Diagrama unifilar do Alimentador 1 – Topologia 1.

24 25 28 33 34 36 43 44 46 47 49 50 52 53 55 56 58 59 61 64 65 66 67

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Figura 4.23 – Percurso do Alimentador 3 na Planta do Campus Central – Topologia 1. Figura 4.24 – Diagrama unifilar do Alimentador 3 – Topologia 1.

Figura 4.31 – Trechos de rede que atendem cargas ilhadas na Topologia Atual. Figura 4.32 – Trechos de rede que atendem cargas ilhadas na Topologia 1. Figura 4.33 – Divisão dos trechos com rede dupla – Topologia 1.

Figura 4.34 – Sugestão de ampliação da rede – Topologia 2.

Figura 4.45 – Divisão dos trechos com rede dupla – Topologia 2.

72 73 75 76 78 79 81 82 85 85 87 90 92 93 95 96 98 99 101 102 104 105 106

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Tabela 4.1 – Quantidade de encabeçamentos na Topologia Atual. Tabela 4.2 – Potência dos transformadores no Alimentador 1. Tabela 4.3 – Potência dos transformadores no Alimentador 2. Tabela 4.4 – Potência dos transformadores no Alimentador 3. Tabela 4.5 – Potência dos transformadores no Alimentador 4. Tabela 4.6 – Potência dos transformadores no Alimentador 5. Tabela 4.7 – Potência dos transformadores no Alimentador 6. Tabela 4.8 – Potência dos transformadores por Zona.

Tabela 4.9 – Potência por alimentador (calculada). Tabela 4.10 – Fator de diversidade por alimentador.

Tabela 4.11 – Potência calculada das subestações no Alimentador 1. Tabela 4.12 – Potência calculada das subestações no Alimentador 2. Tabela 4.13 – Potência calculada das subestações no Alimentador 3. Tabela 4.14 – Potência calculada das subestações no Alimentador 4. Tabela 4.15 – Potência calculada das subestações no Alimentador 5. Tabela 4.16 – Potência calculada das subestações no Alimentador 6.

Tabela 4.17 – Tensão nas barras mais remotas do Alimentador 1 – Topologia Atual. Tabela 4.18 – Simulações de defeito no Alimentador 1 – Topologia Atual.

Tabela 4.29 – Simulações de defeito em trecho de rede dupla – Topologia Atual. Tabela 4.30 – Quantidade de encabeçamentos na Topologia 1.

35 36 37 37 37 38 38 39 39 40 40 40 41 41 41 42 45 45 47 48 50 51 53 54 57 57 59 60 61 65

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Tabela 4.33 – Tensão nas barras mais remotas do Alimentador 2 – Topologia 1. Tabela 4.34 – Simulações de defeito no Alimentador 2 – Topologia 1.

Tabela 4.43 – Comparativo das tensões de Topologia Atual e Topologia 1.

Tabela 4.44 – Comparativo das potências de perdas de Topologia Atual e Topologia 1. Tabela 4.45 – Simulações de defeito em trecho de rede dupla – Topologia 1.

Tabela 4.46 – Quantidade de encabeçamentos na Topologia 2.

Tabela 4.47 – Simulações de defeito no Alimentador 1 – Topologia 2. Tabela 4.48 – Simulações de defeito no Alimentador 2 – Topologia 2. Tabela 4.49 – Simulações de defeito no Alimentador 3 – Topologia 2. Tabela 4.50 – Simulações de defeito no Alimentador 4 – Topologia 2. Tabela 4.51 – Simulações de defeito no Alimentador 5 – Topologia 2. Tabela 4.52 – Simulações de defeito no Alimentador 6 – Topologia 2. Tabela 4.53 – Simulações de defeito em trecho de rede dupla – Topologia 2.

70 71 74 74 77 77 80 80 82 83 84 84 88 91 94 96 97 100 103 105 107

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ALIM1 Alimentador 1 ALIM2 Alimentador 2 ALIM3 Alimentador 3 ALIM4 Alimentador 4 ALIM5 Alimentador 5 ALIM6 Alimentador 6 BCZM Biblioteca

C. Conv. Centro de Convivência

CCHLA Centro de Ciências Humanas, Letras e Artes CCSA Centro de Ciências Sociais Aplicadas CE Centro de Educação

CETEC Complexo Tecnológico de Engenharia CF Chaves facas

COMPERVE Comissão Permanente de Vestibular CONSAD Conselho de Administração

COSERN Companhia Energética do Rio Grande do Norte CT Chaves telecomandas

C&T Ciência e Tecnologia

DAS Diretoria de Atenção à Saúde do Servidor DEART Departamento de Artes

DEF Departamento de Educação Física

DIMAN Diretoria de Manutenção das instalações Físicas Disj. Disjuntor

EEE Estação Elevatória

ETE Estação de Tratamento de Esgoto Fisio. Fisioterapia

Gin. 2 Ginásio Menor

IIF Instituto Internacional de Física IMD Instituto Metrópole Digital

INFRA Superintendência de Infraestrutura IP-C&T Iluminação pública

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NA Normalmente aberto

NEPSA Núcleo de Pesquisa em Ciências Sociais Aplicadas NF Normalmente fechado

NPIT Núcleo de Pesquisa e Inovação em Tecnologia da Informação NTI Núcleo de Tecnologia Industrial

NUPER Núcleo de Estudos em Petróleo e Energias Renováveis NUPLAM Núcleo de Pesquisa em Alimentos e Medicamentos

NUPRAR Núcleo de Processamento Primário e Reuso de Água Produzida e Resíduo PD Campus Plano Diretor do Campus Central

RT Religadores telecomandados RU Restaurante Universitário R4 Reservatório 4

SE-UFRN Subestação de 69 kV da UFRN SEDIS Secretaria de Educação a Distância SINFO Superintendência de Infraestrutura

UFRN Universidade Federal Do Rio Grande do Norte ZC Zona Central Z1 Zona 1 Z2 Zona 2 Z3 Zona 3 Z4 Zona 4 Z5 Zona 5

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1. INTRODUÇÃO ... 15 1.1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA ... 15 1.2. OBJETIVOS ... 17 1.3. ORGANIZAÇÃO DO DOCUMENTO ... 17 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19 2.1. INTRODUÇÃO ... 19

2.2. PRINCIPAIS TRABALHOS PUBLICADOS ... 19

2.3. CONCLUSÃO DO CAPÍTULO ... 22

3. METODOLOGIA ... 23

3.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 23

3.2. DIVISÃO DAS ETAPAS ... 25

3.2.1. ETAPA 1: COLETA DE DADOS ... 25

3.2.2. ETAPA 2: CARREGAMENTO POR ALIMENTADOR ... 27

3.3. ETAPA 3: ELABORAÇÃO DE PROJETO TÉCNICO ... 29

4. RESULTADOS E DESENVOLVIMENTOS – ANÁLISES ... 31

4.1. INTRODUÇÃO ... 31

4.2. SUBESTAÇÕES ... 31

4.3. CHAVES ... 32

4.4. ENCABEÇAMENTOS ... 34

4.5. ALIMENTADORES ... 35

4.5.1. POTÊNCIA EM CADA ALIMENTADOR ... 36

4.5.2. ALIMENTADOR 1 – TOPOLOGIA ATUAL ... 42

4.6. ANÁLISE DE REDE DUPLA – TOPOLOGIA ATUAL ... 60

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4.7.3. ALIMENTADOR 3 – PROPOSTA DE TOPOLOGIA 1 ... 71

4.7.7. CONCLUSÕES – TOPOLOGIA 1 ... 83

4.7.8. ANÁLISE DE REDE DUPLA – TOPOLOGIA 1 ... 87

4.8. PROPOSTA: TOPOLOGIA 2 ... 89

4.8.7. ANÁLISE DE REDE DUPLA – TOPOLOGIA 2 ... 106

5. CONCLUSÕES ... 109

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 111

APÊNDICE A – RELAÇÃO DE TRANSFORMADORES POR SUBESTAÇÃO DE 13,8 KV...114

APÊNDICE B – ANOTAÇÃO DE RESPONSABILIDADE TÉCNICA – ART...234

APÊNDICE C – PROJETO ELÉTRICO DE NOVA TOPOLOGIA DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE MÉDIA TENSÃO ...235

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1. INTRODUÇÃO

1.1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA

O sistema de energia elétrica é composto pelos sistemas de geração, transmissão e distribuição. Os centros de geração de energia elétrica estão geralmente localizados distantes dos centros urbanos. Dessa forma é necessário que seja feito o transporte dessa energia elétrica produzida para subestações próximas aos centros urbanos. A partir dessas subestações surge o sistema de distribuição de energia elétrica, cuja função é realizar o rebaixamento da tensão, a qual é proveniente dos sistemas de transmissão, além de fornecer energia elétrica aos consumidores com a qualidade adequada, (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL, 2018).

O sistema de distribuição é formado pela rede de distribuição e por equipamentos elétricos, sendo dividido em três grupos (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL, 2018):

 Alta tensão: superior a 69 kV e inferior a 230 kV;  Média tensão: superior a 1 kV e inferior a 69 kV;  Baixa tensão: igual ou inferior a 1 kV.

O Campus Central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), tem uma área de 123 hectares, com demanda de aproximadamente 7,5 MVA, e há a presença de uma rede de distribuição de média tensão com 16,7 km, em que a própria Universidade é responsável por manter a operação, manutenção, controle e qualidade de energia, dentro da sua área de abrangência.

Nos últimos anos ocorreu um crescimento exponencial nos campi da UFRN, em especial no Campus Central, com a construção de novos prédios, ampliações e modernização de laboratórios. Para acompanhar esse crescimento, o Campus Central teve que se adequar às novas necessidades para fornecer energia elétrica. O Campus Central tinha seu fornecimento de energia por meio de um ponto de entrega de energia elétrica em tensão de 13,8 kV. Entretanto, com o aumento da demanda, ultrapassando 2.500 kW, a COSERN (Companhia Energética do Rio Grande do Norte) passa a não ser obrigada a atender esta demanda em média tensão de distribuição. A solução adotada pela engenharia da UFRN foi a implantação

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da subestação de 69 kV. Todavia, antes disso, a entrega de energia do Campus Central foi dividida em dois pontos, dividindo assim a demanda. Nos dias atuais, o fornecimento de energia elétrica é realizado por uma linha de distribuição em alta tensão com tensão de 69 kV que conecta a subestação do Campus Central com dois transformadores de 10 MVA, o que permite uma demanda de 20 MVA com ventilação natural ou 25 MVA com a ventilação forçada.

Além do tipo de fornecimento de energia que mudou, a rede de distribuição em média tensão também foi expandida. Anteriormente tinha a extensão de 10,8 km, sem nenhum equipamento telecomandado. Atualmente, a rede elétrica da UFRN tem 16,7 km instalados, divididos em 6 alimentadores (rede de distribuição em média tensão), com 13 equipamentos telecomandados na rede de distribuição aérea de média tensão.

Com a mudança das instalações físicas do sistema elétrico, aumentou a complexidade de operação deste sistema e também a necessidade de fornecer energia elétrica com maior qualidade e sem interrupções no Campus.

O rápido crescimento do Campus Central fez com que algumas premissas e analises para a expansão da rede de distribuição do Campus Central não fossem consideradas. Um dos pontos que não foi considerado se trata da reconfiguração de rede em caso de defeito ou de manutenção na rede de distribuição em média tensão. Em um ambiente como o Campus Central da UFRN, onde há a presença de trabalhos de pesquisas e tecnologia, sendo necessário o uso da energia elétrica com qualidade e sem interrupções, deve-se analisar a possiblidade de reconfigurações de rede no seu sistema elétrico.

Sendo assim, ocorrendo um defeito ou manutenção em algum trecho da rede, é necessário reconfigurar a rede de distribuição para que o problema fique restrito a um trecho, evitando que cargas fiquem ilhadas a jusante ou que uma interrupção de um trecho atinja toda a carga do alimentador. Dessa forma, esse projeto técnico irá abordar a situação da rede atual e propor melhorias para que, com o uso da reconfiguração de rede, seja atingido o menor número de subestações de média tensão em caso de interrupção de energia.

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1.2. OBJETIVOS

O objetivo deste trabalho é analisar a topologia de rede atual do sistema de distribuição de media tensão do Campus Central da UFRN e propor um projeto com melhorias que inclua a reconfiguração de rede com a finalidade que o menor número de consumidores tenha o seu suprimento interrompido durante uma possível interrupção de energia na rede.

Os objetivos específicos deste trabalho são:

a) catalogação das subestações com as informações técnicas dos transformadores; b) analisar a situação da rede atual e realizar simulações para reconfiguração de rede

em caso de defeito;

c) propor duas topologias de rede, respeitando o Plano Diretor do Campus Central – PD Campus, com objetivo de facilitar a reconfiguração de redes;

d) propor alternativas para repor as cargas ilhadas devido a um defeito ou a uma manutenção na rede do Campus Central, a partir do auxílio do software proposto em Silva Junior (2012);

1.3. ORGANIZAÇÃO DO DOCUMENTO

Este trabalho é composto por 5 capítulos, incluindo a introdução, referências bibliográficas e anexos, que estão distribuídos da seguinte forma:

No Capítulo 2 é realizada uma revisão bibliográfica expondo alguns dos trabalhos mais relevantes sobre reconfiguração de rede e que ajudaram no desenvolvimento deste projeto técnico.

No Capítulo 3 é descrita a metodologia que foi aplicada para desenvolver o projeto deste trabalho.

No Capítulo 4 são apresentadas as análises e simulações para a situação da rede atual, sendo também propostas dois tipos de topologia para a rede.

No Capítulo 5 são demonstrados os resultados e as conclusões do trabalho, destacando as principais contribuições e as perspectivas para trabalhos futuros.

(20)

Por fim, são sumarizadas as referências bibliografias utilizadas no desenvolvimento deste trabalho. Demais arquivos constituintes encontram-se nos anexos e nos apêndices.

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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. INTRODUÇÃO

Este capítulo apresenta alguns dos principais trabalhos publicados e que estão relacionados ao tema deste Projeto Técnico, que se trata da reconfiguração de redes de distribuição.

É possível considerar esse tema como um caso clássico, tendo em vista que essa problemática está em estudo há mais de 40 anos e, durante este período, ele foi estudado através de diversas técnicas e metodologias. Os trabalhos serão apresentados a seguir em ordem cronológica de sua data de publicação.

2.2. PRINCIPAIS TRABALHOS PUBLICADOS

Foi publicado no ano de 1975, por A. Merlin e H. Back (1975), o que é considerado o primeiro trabalho no tema de reconfiguração de rede de distribuição, visando a minimização de perdas. Nesse trabalho foi utilizado um programa de fluxo de potência para determinar a distribuição ótima de correntes nas configurações analisadas. O ponto inicial da análise é uma rede em malha, ou seja, com todas as chaves fechadas e então utiliza-se um método heurístico

do tipo Branch and Bound1 para determinar uma configuração de rede com menores perdas.

No ano de 1988, Civanlar et al.(1988) publicaram um trabalho que analisa combinações de fechamento e abertura de chaves de uma rede com configuração radial de forma a manter a radialidade da rede, ou seja, partindo de uma rede radial, buscam-se outras soluções radiais, da mesma rede, através da abertura ou fechamento de chaves. Em 1989, Baran e Wu (1989) modificaram o método que foi proposto por Civanlar et al. (1988) com o intuito de melhorar a sua precisão, reduzir as perdas e aliviar sobrecargas, utilizando novas equações para calcular o fluxo de carga em redes radiais. Esse trabalho veio a se tornar uma das principais referências no tema.

1_{O método Branch-and-Bound (B&B) baseia-se na ideia de desenvolver uma enumeração inteligente das} soluções candidatas à solução ótima inteira de um problema. A. Merlin e H. Back (1975).

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Ainda em 1989 outros dois trabalhos foram desenvolvidos. No primeiro,

Shirmohammadi e Hong (1989) propuseram uma melhoria no método proposto por A. Merlin

e H. Back (1975) e trouxeram como contribuição um fluxo de carga com uma redução no tempo de cálculo computacional. Nesse método considera-se, como condição inicial, que todas as chaves estão fechadas e que elas são um gerador independente de corrente variável. Com isso, abre-se a chave que apresente o menor valor de corrente, repetindo esse procedimento até se obter uma rede radial. No outro trabalho, realizado por Liu et al. (1989), foram desenvolvidos dois algoritmos para a reconfiguração de rede. O primeiro algoritmo considera que a carga é distribuída uniformemente nas ligações da rede e o outro considera que a carga é concentrada nas barras. Esses algoritmos foram aplicados em quatro redes de tamanho variado, tempos de execução computacional da ordem de alguns segundos.

Goswami e Basu (1992) propuseram, em 1992, uma nova metodologia que foi

aplicada à mesma rede utilizada por Baran e Wu (1989), obtendo resultados próximos aos do

trabalho original. Essa metodologia proposta se inicia com uma rede radial sendo fechada uma chave por vez, de modo que resulte em apenas uma malha e, em seguida, é determinada a distribuição ótima de correntes. Posteriormente, abre-se a chave cuja corrente é a menor de todas e, desse modo, a rede retorna à sua condição inicial. Concluiu-se, nesse trabalho, que a precisão do cálculo de fluxo de potência não é fundamental para a escolha correta das chaves a serem operadas.

Chen e Cho (1993), no ano de 1993, propuseram em seu trabalho a reconfiguração de uma rede de distribuição com o intuito de reduzir a perda de energia durante um determinado período. Essa foi a primeira vez que o tema foi proposto, uma vez que em trabalhos anteriores o objetivo era reduzir as perdas de potência. Nesse estudo, a carga é caracterizada por uma curva diária, composta por 24 pontos, referentes a cada hora do dia. Os dados foram coletados no período de 1 ano.

Ainda no ano de 1993 foi publicado por Cherkaoui et al. (1993) um trabalho que possibilitou uma reconfiguração ótima de redes de distribuição através da utilização de métodos heurísticos. O trabalho forneceu um panorama das diversas abordagens para a operação de chaves. São elas: a destrutiva, que acontece quando todas as chaves estão inicialmente fechadas, sendo abertas uma após a outra; a construtiva, que acontece quando as chaves estão inicialmente abertas e então vai fechando uma por uma; e a troca de trechos. Esta última garante, de maneira simples, a radialidade das soluções geradas, o que não acontece com as duas primeiras (destrutiva e construtiva), uma vez que a radialidade é condicionada ao

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número de ligações condutoras ser igual ao número de nós da carga e isso é insuficiente para garantir a radialidade da solução obtida.

Kagan e Oliveira (1998), no ano de 1998, propuseram em seu trabalho um programa que permite a modelagem de problemas genéricos de decisão com restrição, para que seja realizada uma análise das alternativas de reconfiguração do sistema de distribuição de energia quando ocorrer defeito em um ponto qualquer da rede. Uma vez identificado o local do defeito, deve-se efetuar, através de manobras de chaves, o isolamento do trecho com defeito da melhor maneira possível deixando ilhada a menor porção possível, para que as cargas localizadas à jusante da área isolada sejam atendidas. Como em um sistema real há um grande número de soluções possíveis e as decisões de escolha devem ser tomadas o mais rápido possível e atendendo a critérios técnicos, o programa possibilita, de maneira rápida e eficiente, a solução otimizada do sistema.

Brown (2003), no ano de 2003, desenvolveu uma metodologia de reconfiguração de redes com o objetivo de melhorar a confiabilidade do sistema. Para isso, o autor utiliza um modelo analítico de predição de confiabilidade que fornece o número esperado de interrupções momentâneas e permanentes por ano e a quantidade de horas de interrupções esperadas por ano. Essa metodologia proposta tem a característica de preservar a radialidade da rede nas diferentes configurações propostas.

Nara et al. (2003) publicaram um artigo contendo a revisão bibliográfica no tema de reconfiguração de redes e balanceamento de carga, considerando apenas os trabalhos publicados no IEEE Transactions no período de 1988 a 2002. Esse artigo é interessante pois além de fazer uma análise das referências, discute as principais metodologias que foram utilizadas no período considerado.

No ano de 2006, Tzeng et al. (2006) utilizou o método da programação dinâmica para determinar a configuração ótima das chaves em uma rede real visando o balanceamento das cargas e a minimização das perdas. Esse método consiste em dividir um problema complexo em subproblemas mais simples. Em uma rede de distribuição de energia elétrica, esse método pode ser aplicado analisando as seções da rede, como os ramais dos alimentadores, por exemplo, visando assim determinar as combinações das seções que levam à melhor opção de configuração.

Neto et al. (2008), no ano de 2008, apresentaram um algoritmo baseado em uma técnica multiobjetivo fuzzy com a finalidade de minimizar o carregamento dos alimentadores, melhorar o perfil de tensão e aumentar a confiabilidade do sistema de transmissão, propondo

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resolver o problema de reconfiguração de redes de distribuição radiais. O algoritmo proposto foi testado em um sistema real que faz parte da rede de distribuição da Companhia Energética do Maranhão.

Em 2011 Shariatkhah et al. (2011) utilizaram em seu trabalho o método da programação dinâmica para otimizar a reconfiguração de uma rede de distribuição considerando variações anuais do perfil de carga. Os autores dividem o ano em períodos iguais e, para cada período, determinam a melhor configuração que apresenta perdas menores, como também o custo proveniente da mudança de uma configuração para a outra.

Silva Junior (2012) em sua tese de doutorado, no ano de 2012, desenvolveu uma heurística para reconfiguração de uma rede de distribuição quando ocorrer um defeito na rede. A reconfiguração consiste na realização de chaveamento nos alimentadores diretamente envolvidos no defeito, de modo que este trecho defeituoso seja isolado e que as cargas ilhadas possam ser atendidas. Foi verificado, através da análise dos resultados obtidos, que a metodologia proposta requer um tempo computacional reduzido, o que permite a inclusão de novos requisitos.

Em 2017, Viana (2017) propôs, em sua dissertação de mestrado, a elaboração de um projeto de reconfiguração visando melhoria dos indicadores dos alimentadores e de um

conjunto elétrico que pertence à Companhia Energética do Estado do Rio Grande do Norte –

COSERN. O trabalho consiste na elaboração de um projeto técnico de posicionamento das chaves telecomandadas ao longo dos circuitos e nos encabeçamentos a partir da utilização de um software. O referido software auxilia na alocação (acionamento – manobras - operações) dos dispositivos de manobra na rede, possibilitando indicar as melhores alternativas para repor as cargas ilhadas devido a um defeito na rede.

2.3. CONCLUSÃO DO CAPÍTULO

Nesse capítulo foram apresentados alguns dos principais trabalhos publicados sobre reconfiguração de redes de distribuição. Neles são abordadas diferentes metodologias e técnicas desenvolvidas para resolver o problema. Isso destaca o grau de importância do assunto e que, mesmo sendo um problema relativamente antigo, com estudos realizados desde a década de 1970, ainda atrai a atenção de muitos pesquisadores nos dias de hoje.

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3. METODOLOGIA

O presente trabalho analisa o sistema de distribuição do Campus Central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN. Trata-se de um sistema real e que se encontra em operação.

O estudo de caso tem o intuito de coletar informações do sistema de distribuição de energia elétrica, tais como a catalogação dos transformadores, das chaves telecomandadas e dos religadores, bem como de elaborar um diagrama unifilar atualizado e, a partir dos dados coletados, realizar um projeto que permita a possibilidade de novas topologias de rede, as quais auxiliarão na redução de perdas, na transferência de cargas entre alimentadores, além de possibilitar um aumento da confiabilidade e redução do tempo de interrupção de energia.

A metodologia é desenvolvida para que, ao final do processo, sejam atingidos os objetivos descritos neste trabalho. Para tanto, o processo é dividido em três etapas: coleta de dados, carregamento por alimentador e elaboração de projeto técnico.

3.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Antecedendo à descrição das etapas do processo, é importante entender que o Campus Central é regido pelo Plano Diretor do Campus Universitário Central da UFRN.

Descrito na Resolução Nº 028/2017-CONSAD, “O Plano Diretor de Campus Universitário Central (PD Campus) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte é o instrumento básico da Política de Ocupação da Área, visando o seu adequado desenvolvimento urbano, sendo meio de orientação aos responsáveis pela gestão do espaço urbano”.

No texto do PD Campus é informada a existência do Plano de Infraestrutura Elétrica e de Telecomunicação. Entretanto, em uma pesquisa realizada nos documentos da UFRN, foi constatada a inexistência desse material.

De acordo com informações obtidas através do órgão responsável, foi constatado que a única orientação seguida é a referente à infraestrutura elétrica, devendo ela ser baseada e organizada através de zonas, que são porções do terreno do Campus Universitário Central e

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limitadas, prioritariamente, pelo sistema de infraestrutura viária. O PD Campus considera as zonas como unidades territoriais de planejamento.

As zonas são divididas em 6 unidades territoriais e estão apresentadas na Figura 3.1. Elas são nomeadas como Zona Central – ZC (na cor azul), Zona 1 - Z1 (na cor prata), Zona 2 - Z2 (na cor verde), Zona 3 - Z3 (na cor vermelha), Zona 4 - Z4 (na cor roxa) e a Zona 5 - Z5 (na cor amarela).

Figura 3.1 – Mapa do Campus – UFRN.

Fonte: SUPREINTENDÊNCIA DE INFRAESTRUTURA – INFRA, 2018.

Na Figura 3.2 são identificadas as zonas e a subestação de 69 kV na planta baixa do Campus Central.

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Figura 3.2 – Mapa da UFRN dividido por zonas.

Fonte: Autoria própria.

3.2. DIVISÃO DAS ETAPAS

Como dito anteriormente, a metodologia foi dividida em três etapas que foram nomeadas e detalhadas, explicitando os critérios utilizados e os dados analisados para a realização do estudo.

3.2.1. ETAPA 1: COLETA DE DADOS

Para verificar as melhorias que este estudo de caso propõe, é necessário conhecer o sistema atual do Campus Central, com informações dos circuitos alimentadores, equipamentos de manobra e proteção, medidas elétricas. Portanto, é importante possuir os projetos, registro dos equipamentos e medições de monitoramento do sistema.

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A UFRN não possui um setor que reúna todas essas informações. Além disso, outras informações não são registradas. Devido a inexistência de agrupamento dessas informações, neste trabalho foi realizada pesquisa através dos projetos existentes, realizou visitas a campo e coletou medições elétricas.

No caso dos projetos e memoriais, estes foram coletados no setor de projetos da Superintendência de Infraestrutura (INFRA) da UFRN. O material coletado consiste em projetos e memorias do sistema elétrico de potência.

A partir dos projetos, são analisados os dados técnicos do sistema, muito relevantes para o desenvolvimento deste trabalho, tais como: percurso dos alimentadores, a especificação dos cabos, localização das subestações, especificação e localização de equipamentos de manobra e proteção, derivações e encabeçamentos de rede.

Mesmo com as informações dos projetos, foram realizadas visitas aos locais do projeto para conferir se ocorreram mudanças, do tempo em que o projeto foi elaborado até o momento atual. Essa conferência de dados faz-se necessária uma vez que a UFRN está sempre em expansão física e também devido ao aumento de consumidores, fazendo com que a alteração da rede se torne uma atividade constante.

As visitas técnicas foram realizadas em todo o percurso da rede de distribuição e nas subestações aéreas e abrigadas, com o objetivo de coletar dados técnicos dos equipamentos de proteção, manobra e transformação. Além das anotações técnicas, também foram realizados registros fotográficos dos transformadores, chaves e religadores e suas placas de identificação com a finalidade de criar um prontuário. O prontuário de dados proporcionará a realização de estudos com simulações mais adequadas à realidade do sistema.

Também no prontuário encontra-se a criação de uma codificação e nomenclatura para as subestações do campus, uma vez que atualmente na UFRN não existe uma padronização que permita que todos os setores da engenharia (projetos, manutenção e operação) tenham a mesma comunicação para localizar subestações. A criação dessa padronização tende a facilitar os estudos atuais e futuros.

Junto com o prontuário é elaborado o diagrama unifilar da rede de distribuição de média tensão do Campus Central.

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3.2.2. ETAPA 2: CARREGAMENTO POR ALIMENTADOR

O sistema de distribuição de média tensão é formado por seis alimentadores e, para analisar o seu comportamento, é necessário ter o registro das medições elétricas tais como corrente e potência individual de cada alimentador.

O atual sistema tem menos de 10 anos de operação e, apesar de ser um sistema novo e possuir equipamentos de proteção e medição na rede, a UFRN não tem o registro das medições de potência e corrente dos alimentadores. É registrada apenas a medição, em tempo real, em uma tela que é acessada diretamente do sistema supervisório localizado na subestação de 69 kV.

Sem equipamentos para registrar as medições, o único registro de medições do sistema elétrico de potência da UFRN obtido com a concessionaria local, COSERN, que fornece energia à UFRN. Para acesso de mais informações, é necessário solicitar à COSERN o Relatório de Memória de Massa. Apesar de ter o Relatório de Memória de Massa, os dados contidos são referentes à medição geral, em tensão de 69 kV, ou seja, não é possível o registro de medições por alimentadores.

Como o estudo precisará das informações elétricas de cada alimentador para a realização das simulações deste trabalho, foram aplicados os seguintes passos:

a) Detectar qual momento do dia a UFRN tem sua maior demanda.

Com o auxílio do Relatório da Memória de Massa fornecido pela COSERN, foi possível detectar o período do dia em que o Campus Central apresenta a sua maior demanda de energia elétrica.

O Relatório da Memória de Massa fornece os dados de potência ativa, potência reativa e fator de potência a cada 15 minutos no período aproximado de 30 dias. Com esses dados é criado um gráfico para analisar o comportamento de carga da UFRN, denominado curva de demanda de energia elétrica da UFRN.

No gráfico da Figura 3.3 está apresentada a relação entre potência ativa (kW) e horas, onde cada curva corresponde a um dia.

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Figura 3.3 – Gráfico de Potência Ativa versus Horas.

Analisando o gráfico é possível observar que a demanda da UFRN tem dois momentos de pico: um no período da manhã e outro no período da tarde. Na manhã o intervalo de pico observado foi das 10:15 as 11:30, e no período da tarde das 14:00 as 15:30. Outra observação é que no período da tarde a demanda se torna maior em relação ao período da manhã.

b) Anotação da medição

Conhecendo o horário de maior demanda e sabendo que a UFRN não tem equipamentos que registrem esses dados em um banco de informações, foi necessário montar com o setor de manutenção da Diretoria de Manutenção das Instalações Físicas (DIMAN) da INFRA uma programação de visitas à Subestação de 69 kV para anotar as correntes de cada alimentador.

A programação dos registros consistiu em visitar a Subestação de 69 kV duas vezes ao dia, nos horários de pico da manhã e da tarde, durante uma semana. Assim, foi possível realizar o registro dos dados por alimentador.

Após a coleta dos dados, foi determinado o dia com a maior corrente registrada. Dessa forma, foi possível conhecer o carregamento de cada alimentador do Campus Central.

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c) Determinação da potência dos alimentadores e subestações

Com os dados de corrente de cada alimentador é possível calcular a sua potência. Para isso será considerada tensão de 13,8 kV e fator de potência 0,8.

Levando em consideração que as cargas estão distribuídas ao longo do percurso do alimentador, foi calculado um fator de diversidade, com o objetivo de determinar qual a potência aparente por subestação.

Para encontrar o fator de diversidade, foi somada a potência do (s) transformador (es) por alimentador e dividido pela potência do alimentador. Conforme mostra Equação 3.1.

Fator de diversidade = ∑Potência do alimentador

Potência dos tranformadores do alimentador (3.1)

Com o fator encontrado, a partir da equação 3.1, basta aplicar seu valor para cada subestação e, desse modo, será possível estimar a potência calculada por subestação.

3.3. ETAPA 3: ELABORAÇÃO DE PROJETO TÉCNICO

Com os dados da situação atual do sistema de distribuição foram realizadas simulações em um software de reconfiguração de rede através do método baseado em parâmetro de sensibilidade, desenvolvido em Silva Junior (2012).

Com todas as informações coletadas e a utilização do software citado em Silva Junior (2012) foi possível simular defeito em trecho dos alimentadores, ver o comportamento das redes e analisar quais cargas ilhadas poderão ser atendidas com a reconfiguração de rede.

No software foram simulados problemas nos trechos entre barras e, posteriormente, foi apresentada a melhor solução para modificar a topologia do sistema de rede e atender às cargas ilhadas. O software também fornece as informações de quais chaves serão acionadas, a potência que está sendo afetada e a potência que é atendida.

Após a simulação da situação atual, cenário 1, foram propostas duas novas topologias de rede. As duas topologias propostas têm como premissas respeitar o PD Campus. A primeira proposta de topologia trata-se de modificações nos alimentadores e realocação dos locais das chaves, religadores, e a inserção de novas chaves. A segunda proposta de topologia, além de propor modificações nos alimentadores, a realocação dos locais das chaves e

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religadores, irá propor extensões de redes ao sistema para aumentar o número de encabeçamentos.

A realocação das chaves baseia-se nos trechos que concentram um maior número de cargas (consumidores) e nas derivações de rede, objetivando que, caso ocorra interrupção de energia em um trecho da rede, seja possível isolar o local por meio de chaves. Além disso propõem-se pequenas ampliações na rede, de maneira que não ultrapasse 10% do comprimento da rede existente, para possibilitar uma maior quantidade de alimentadores com encabeçamentos, possibilitando transferência de cargas entre alimentadores.

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4. RESULTADOS E DESENVOLVIMENTOS – ANÁLISES

4.1. INTRODUÇÃO

A subestação de 69 kV da UFRN (SE-UFRN) tem 6 alimentadores com tensão de 13,8 kV cada um, que atendem todas as subestações de 13,8 kV do Campus Central.

Os seis alimentadores são distribuídos conforme orientações do PD Campus. O objetivo de dividir por zonas é ter um sistema organizacional para a infraestrutura do Campus Central.

Para este trabalho, os alimentadores serão nomeados conforme a zona que deverão atender: Alimentador 1 – ALIM1 atenderá a Zona 1, Alimentador 2 – ALIM2 a Zona 2, Alimentador 3 – ALIM3 a Zona 3, Alimentador 4 – ALIM4 a Zona 4, Alimentador 5 – ALIM5 a Zona 5 e Alimentador 6 – ALIM6 a Zona Central.

4.2.

SUBESTAÇÕES

De posse dos dados e projetos coletados da UFRN, foram realizadas visitas técnicas em todas as subestações do Campus Universitário Central para relacionar as subestações, identificar o tipo, a potência do transformador e qual alimentador atende cada uma das subestações de 13,8 kV.

Foi constatado que não existe nomenclatura padrão para as subestações, podendo ocorrer erros na comunicação, uma vez que uma mesma subestação pode ser chamada de diferentes maneiras. Dessa forma, faz-se necessária a criação de uma codificação e uma nomenclatura, que deverão seguir as seguintes diretrizes:

 Código com 6 caracteres;

 Os dois caracteres iniciais com as letras SE;

 Após separação por hífen, o caractere seguinte identifica em qual Zona a subestação está localizada, exemplo: digito 1 referente à Zona 1;

(34)

 O caractere 6 é referente ao tipo da subestação: a letra ‘A’ refere-se à subestação abrigada, letra ‘B’ subestação em bancada e letra ‘P’ para subestação aérea em poste.

Para padronizar a nomenclatura, considera-se que uma subestação pode atender vários prédios. Dessa forma, não é possível nomear a subestação com o nome dos prédios que ela atende majoritariamente. Então, cada subestação foi avaliada individualmente, levando-se em consideração vários critérios, como: o nome do maior prédio que a subestação alimenta, o primeiro prédio que a subestação atendeu, ou o prédio mais próximo.

4.3.

CHAVES

As chaves facas, chaves telecomandadas e religadores telecomandados são componentes presentes em uma rede de distribuição elétrica. Para este projeto foi realizado um levantamento da quantidade e localização desses componentes. Na Figura 4.1 estão apresentados os equipamentos e suas localizações, sendo as chaves telecomandas (CT) representadas pela cor verde, chaves facas (CF) na cor azul e os religadores telecomandados (RT) na cor vermelha.

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Figura 4.1 – Distribuição espacial das chaves e religadores no Campus Central.

A partir do levantamento da localização das chaves é possível identificar aquelas que realizam encabeçamento entre alimentadores distintos. Estas chaves são identificadas na Figura 4.2.

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Figura 4.2 – Chaves com função de encabeçamento entre alimentadores.

Na rede de distribuição do Campus Central, há 6 religadores telecomandados do fabricante Arteche e modelo Smart RC. Na topologia atual, esses equipamentos são localizados no início da rede de distribuição de cada um dos seis alimentadores.

As chaves telecomandadas são do fabricante Arteche. A UFRN dispõe de 7 desses equipamentos instalados em sua rede de distribuição.

As chaves faca suportam uma corrente nominal de 400 A, distribuídas ao longo do percurso dos alimentadores e nos encabeçamentos.

4.4.

ENCABEÇAMENTOS

Na visita técnica foi possível identificar os encabeçamentos existentes entre alimentadores. Na Tabela 4.1 é mostrada a quantidade de encabeçamentos entre alimentadores. O total de encabeçamentos na Topologia Atual são 6.

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Tabela 4.1 – Quantidade de encabeçamentos na Topologia Atual.

Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Zona 5 Zona Central Zona 1 1 1 1 Zona 2 1 Zona 3 1 Zona 4 1 Zona 5 Zona Central

4.5.

ALIMENTADORES

Finalizando a etapa de coleta de dados e visitas técnicas, foram analisados os alimentadores e constatou-se que a rede de distribuição da UFRN é composta por cabos de cobre nu. Os alimentadores ALIM2, ALIM4, ALIM5 e ALIM6 são dotados de condutores com seção de 50 mm², já os demais alimentadores, ALIM1 e ALIM3, são formados com cabos de seção 70 mm² no tronco do alimentador e nos ramais em cabos de 50 mm².

Outra característica da rede de distribuição da UFRN é a existência de trechos de rede simples e rede dupla, os quais são exemplificados por meio da Figura 4.3.

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Figura 4.3 – Trecho de rede simples e rede dupla.

4.5.1.

POTÊNCIA EM CADA ALIMENTADOR

Para saber o fator que será aplicado a cada subestação por alimentador, é necessário saber o somatório da potência dos transformadores por alimentador. Nas Tabelas 4.2 a 4.8 são apresentados os valores da potência dos transformadores de cada alimentador.

Tabela 4.2 – Potência dos transformadores no Alimentador 1.

Código Nomenclatura Potência dos

Transformadores (kVA) SE-101B Música 225 SE-102P NEI 112,5 SE-103P SEDIS 150 SE-104A DAS 600 SE-105B Praça 225 SE-106P COMPERVE 150

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Código Nomenclatura Potência dos Transformadores (kVA) SE-107P IP-NEI 75 SE-108P IP-Praça 112,5 SE-206P Editora 225

Transformadores (kVA)

SE-201A Biociências 1.500

SE-202P Morfologia 150

SE-203B Ecologia 225

SE-204P NUPLAM – Aérea 150

SE-205A NUPLAM 1.000

SE-207P IP-NUPLAM 75

Transformadores (kVA) SE-301A CETEC 1.000 SE-303A Geologia 450 SE-304P Geofísica 225 SE-306P Reservatório 4 (R4) 75 SE-307A C&T 1.000 SE-308P CT 225 SE-309B NPIT 300 SE-310A NTI-2 600

SE-311A Setor III-IV 450

SE-312A SINFO 375 SE-313B NUPRAR 300 SE-314A CCET 500 SE-315B NUPER 300 SE-316A Têxtil 300 SE-317P LAMP 225

Transformadores (kVA) SE-401A Setor V 600 SE-402A Setor II 500 SE-403A CCHLA 300 SE-404B NEPSA 225

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Código Nomenclatura Potência dos Transformadores (kVA) SE-405A CCSA 1.500 SE-406P P. Jurídicas 150 SE-302A NTI-1 1.000 SE-305A IIF 1.500 SE-318P IP-C&T 45 SE-319P IP-Geol. 75

Transformadores (kVA)

SE-501P ETE 225

SE-502P Ginásio Maior (Ginásio 1)

112,5

SE-503P Nutrição 600

SE-504P Piscinas 150

SE-505P Fisioterapia (Fisio) 225 SE-506P Ginásio Menor (Gin. 2) 112,5 SE-507P Estação Elevatória

(EEE) 45 SE-508P DEF 225 SE-509A Campo 750 SE-510P Residência 112,5 SE-511A Restaurante 500

SE-512A Metrópole Digital (IMD)

1.000 SE-513P IP-Piscina (IP Pisc.) 75 SE-514P IP-Ginásio – Menor (IP

Gin2)

112,5

Transformadores (KVA)

SE-601A Reitoria 1.000

SE-602P Santander 225

SE-603A Centro de Convivência (C. Conv.)

1.000

SE-604A Biblioteca (BCZM) 1.000

SE-605A IP-Reitoria (IP Reit.) 45

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Tabela 4.8 – Potência dos transformadores por Zona.

Alimentador Potências de Subestação (kVA)

1 1.875 2 3.100 3 6.325 4 5.895 5 4.245 6 3.270

De acordo com as Tabelas 4.2 – 4.8, São percebidos dois fatos interessantes, o primeiro é que a potência instalada no Campus Central é de 24.710 kVA. Esse montante ultrapassa a potência instalada da subestação SE-UFRN, a qual tem dois transformadores de 10 MVA.O segundo é que a UFRN dividiu os sistemas de distribuição em 6 alimentadores com o objetivo de que cada alimentador supra uma zona territorial específica. Assim, atenderia ao PD UFRN no assunto de infraestrutura. Entretanto, a partir da análise dos projetos atuais e da inspeção ao sistema de distribuição do Campus Central, foi constatado que a maioria dos alimentadores não atendem a todas as subestações da sua zona específica ou se conectam a subestações de zona externa a que foi predefinida.

Após conhecer a corrente em cada um dos alimentadores, é apresentada na Tabela 4.9 a potência por alimentador. Para o cálculo da potência por alimentador considera-se a tensão de 13,8 kV.

Tabela 4.9 – Potência por alimentador (calculada).

Alimentador Corrente medida Demanda por Alimentador (kVA) 1 30 717,00 2 44 1.051,52 3 106 2.533,82 4 72 1.721,36 5 27 644,98 6 42 1.003,90

De posse dos dados de potência por alimentador, constatou-se a potência do Campus Central é de 7.672,64 kVA. Ao aplicar a Equação (3.1), é possível encontrar o fator diversidade de cada alimentador e assim, aplicar este fator nas subestações para calcular o valor de sua demanda. Na Tabela 4.10 são apresentados os fatores de diversidade para cada alimentador. Considera-se que o fator de potência medida e instalada é de 0,8.

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Tabela 4.10 – Fator de diversidade por alimentador.

Alimentador Potência por alimentador (kVA) Potência dos transformadores por alimentador (kVA) Fator de diversidade 1 717,00 1.875 0,3824 2 1.051,52 3.100 0,3393 3 2.533,82 6.325 0,4006 4 1.721,36 5.895 0,2919 5 644,98 4.245 0,1520 6 1.003,90 3.270 0,3070

Com isso, aplica-se o fator de diversidade em cada subestação e, desse modo, tem-se uma melhor distribuição de carga em cada um dos alimentadores.

Nas Tabelas 4.11 a 4.16 são informadas as demandas de cada subestação, por alimentador, que serão aplicadas em todo o projeto.

Tabela 4.11 – Demanda calculada das subestações no Alimentador 1.

Código Nomenclatura Potência

subestação (kVA) SE-101B Música 86,04 SE-102P NEI 43,02 SE-103P SEDIS 57,36 SE-104A DAS 229,44 SE-105B Praça 86,04 SE-106P COMPERVE 57,36 SE-107P IP-NEI 28,68 SE-108P IP-Praça 43,02 SE-206P Editora 86,04

subestação (kVA)

SE-201A Biociências 508,80

SE-202P Morfologia 50,88

SE-203B Ecologia 76,32

SE-204P NUPLAM – Aérea 50,88

SE-205A NUPLAM 339,20

SE-207P IP-NUPLAM 25,44

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subestação (kVA) SE-301A CETEC 400,60 SE-303A Geologia 180,27 SE-304P Geofísica 90,14 SE-306P Reservatório 4 (R4) 30,05 SE-307A C&T 400,60 SE-308P CT 90,14 SE-309B NPIT 120,18 SE-310A NTI-2 240,36

SE-311A Setor III-IV 180,27

SE-312A SINFO 150,23 SE-313B NUPRAR 120,18 SE-314A CCET 200,30 SE-315B NUPER 120,18 SE-316A Têxtil 120,18 SE-317P LAMP 90,14

subestação (kVA) SE-401A Setor V 175,74 SE-402A Setor II 145,95 SE-403A CCHLA 87,57 SE-404B NEPSA 65,68 SE-405A CCSA 437,85 SE-406P P. Jurídicas 43,79 SE-302A NTI-1 291,90 SE-305A IIF 437,85 SE-318P IP-C&T 13,14 SE-319P IP-Geol. 21,89

SE-501P ETE 34,20

SE-502P Ginásio Maior (Ginásio 1) 17,10

SE-503P Nutrição 91,20

SE-504P Piscinas 22,80

SE-505P Fisioterapia (Fisio) 34,20

SE-506P Ginásio Menor (Gin. 2) 17,10

SE-507P Estação Elevatória (EEE) 6,84

SE-508P DEF 34,20

SE-509A Campo 114

SE-510P Residência 17,10

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Código Nomenclatura Potência subestação (kVA)

SE-512A Metrópole Digital (IMD) 152

SE-513P IP-Piscina (IP Pisc.) 11,14

SE-514P IP-Ginásio – Menor (IP Gin2) 17,10

SE-601A Reitoria 307

SE-602P Santander 69,08

SE-603A Centro de Convivência (C. Conv.) 307

SE-604A Biblioteca (BCZM) 307

SE-605A IP-Reitoria (IP Reit.) 13,82

Após a demanda calculada de cada subestação serão apresentadas as características dos alimentadores.

4.5.2.

ALIMENTADOR 1 – TOPOLOGIA ATUAL

O Alimentador 1 – ALIM1 fornece energia elétrica à Zona 1 – Z1, que tem uma área construída, de aproximadamente, 29.719,64 m². Nesta área, os maiores prédios são o Departamento de Artes - DEART, Escola de Música e o Núcleo de Educação Infantil - NEI.

Sua proteção é por disjuntor de 13,8 kV localizado no interior da SE-UFRN. No percurso do alimentador, há 1 religador telecomandado. O ALIM1 se conecta a 9 subestações, em que oito se localizam na Zona 1 e uma na Zona 2, a qual é a subestação Editora. Dessa forma, o ALIM1 não respeita as orientações do PD-UFRN por se conectar as subestações de duas zonas distintas.

Na Figura 4.4 é mostrado o percurso do ALIM1 e na Figura 4.5 é apresentado o diagrama unifilar e os encabeçamentos do alimentador. O ALIM1 realiza encabeçamentos com ALIM2, ALIM3 e ALIM6.

(45)

(46)

Após a elaboração do diagrama unifilar são realizadas as simulações no software proposto em [3].

Na simulação é encontrada a perda de potência no valor de 1,05 kW. No caso das tensões, são apresentados os valores das barras 5, 7, 10, 11, 17 e 18, que estão localizadas no fim da rede tronco ou do ramal. Na Tabela 4.17 são informadas as tensões destas barras.

(47)

Tabela 4.17 – Tensão nas barras mais remotas do Alimentador 1 – Topologia Atual.

Alimentador 1 – Topologia Atual

Barra Tensão (V) 5 13.773,02 7 13.772,45 10 13.765,39 11 13.766,03 17 13.763,24 18 13.764,17

A menor tensão é na barra 17, com valor de 13.763,24 V.

O passo seguinte é de realizar simulações dos defeitos em trechos da rede para analisar as novas topologias propostas pelo método de sensibilidade, do software.

Na Tabela 4.18 são apresentadas as chaves que deverão ser abertas e fechadas e a quantidade de potências afetadas no caso de defeito na rede. Lembrando que o ALIM1 tem potência calculada de 717 kVA.

Tabela 4.18 – Simulações de defeito no Alimentador 1 – Topologia Atual.

Alimentador 1 – Topologia Atual Trecho com defeitos Potência do trecho com defeito (kVA) Atuação da(s) chave(s) para isolar o defeito Potência(s) da(s) barra(s) privada(s) de energia Chave a fechar Potência(s) da(s) barra(s) com a energia reestabilizada (kVA) Disj1 a CF1 0 Disj1 – CF1 717 CF7 717 CF1 a RT1 0 CF1 – RT1 717 CT1 717 A partir RT1 717 RT1 0 --- 0

Com base nos dados da Tabela 4.18, observa-se que, ocorrendo defeito a jusante do RT1 (Figura 4.5), localizado próximo a SE-UFRN, não há possibilidade de alteração de topologia de rede para atender às cargas afetadas por eventual defeito, ou seja, a configuração atual da rede somente permite atender as cargas ilhadas caso o defeito ocorra a montante do RT1.

Considerando que o RT1 é localizado no início do ALIM1, constata-se que em apenas 45 metros de um total de 3,7 km de extensão é possível ter alteração de topologia.

Na topologia atual, os ramais não apresentam chaves em suas derivações. Desse modo, não é possível isolar ramais. Portanto, ocorrendo defeito no ramal, todas as cargas terão seu fornecimento de energia prejudicado.

(48)

4.5.3.

O Alimentador 2 – ALIM2 supre o prédio do Centro de Biociências e NUPLAM, além das demais cargas da Zona 2, exceto os prédios atendidos pela subestação da Editora, a qual é energizada pelo ALIM1.

O ALIM2, na configuração atual, é o circuito mais curto do sistema de distribuição do Campus Central com extensão de 1,1 km. Na sua proteção tem-se o disjuntor de 13,8 kV e no início da rede há a presença de um religador telecomandado. O alimentador faz encabeçamento com os alimentadores ALIM4 e ALIM1. O ALIM2 atende 6 subestações, sendo duas abrigadas, uma de bancada e três aéreas.

Na Figura 4.6 é mostrado o percurso do ALIM2 e na Figura 4.7 é apresentado o diagrama unifilar.

(49)

Na simulação de fluxo de potência é encontrada a potência de perdas com o valor de 1,03 kW. Na Tabela 4.19 são apresentadas as tensões nas barras do alimentador ALIM2, mais remotas.

Tabela 4.19 – Tensão nas barras mais remotas do Alimentador 2 – Topologia Atual.

Alimentador 2 – Topologia Atual

Barras Tensão

6 13.778,65

9 13.779,31

10 13.779,39

Analisando a Tabela 4.19 é possível constatar que menor tensão é na barra 6, com valor de 13.778,65 V.

(50)

Na tabela 4.20 são apresentadas as chaves que deverão ser abertas e fechadas e a quantidade de potências afetadas no caso de defeito na rede. O ALIM2 tem potência calculada de 1.051,52 kVA.

Tabela 4.20 – Simulações de defeito no Alimentador 2 – Topologia Atual.

Alimentador 2 – Topologia Atual Trecho com defeitos Potência do trecho com defeito (kVA) Atuação da(s) chave(s) para isolar o defeito Potência(s) da(s) barra(s) privada(s) de energia (kVA) Chave a fechar Potência(s) da(s) barra(s) com a energia reestabilizada (kVA) DISJ2 a CF2 0 DISJ2 – CF2 1051,52 CF9 1051,52 CF2 a RT2 0 CF2 – RT2 1051,52 CT1 1051,52 RT2 a CT1 364,64 RT2 – CT1 686,88 ---- 0 A partir da CF2 686,88 CF2 0 ---- 0

A situação para a rede tronco do ALIM2 é semelhante ao ALIM1: ocorrendo defeito na rede tronco (localizada no anel viário), só é possível mudança da topologia para atender as cargas danificadas caso o problema ocorra a montante do RT2, localizado próximo a SE-UFRN.

No caso dos ramais, o ALIM2 tem o ramal em que sua derivação é realizada por chave. Este ramal é o que adentra no sentido do Centro de Biociências. Assim, em caso de defeito, é possível abrir a Chave 02 e isolar o defeito. Desse modo, o alimentador não é afetado, permitindo o fornecimento de energia elétrica às subestações NUPLAM e IP-NUPLAM através do fechamento da CT1.

4.5.4.

A Zona 3 apresenta a maior quantidade de prédios e de subestações em comparação às demais Zonas do Campus Universitário Central, com um total de 19 subestações. Apesar do ALIM3 ter a função de conectar todas as subestações da Zona 3, o mesmo não alcança esse objetivo devido às subestações do IIF e do NTI-1 serem conectadas ao ALIM4.

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No seu percurso o ALIM3 faz encabeçamento com os alimentadores ALIM1 e ALIM6.

Na Figura 4.8 é ilustrado o percurso do ALIM3 e na Figura 4.9 é apresentado o diagrama unifilar.