Jair José Fritzen Blatt

UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO
GRANDE DO SUL
DCEEng - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT
PROPOSTA DE INSTALAÇÃO DE REGULADOR DE TENSÃO EM
UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA A PARTIR DA ANÁLISE
DO PERFIL DE TENSÃO
Santa Rosa, RS - Brasil
2016
JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT
PROPOSTA DE INSTALAÇÃO DE REGULADOR DE TENSÃO EM
UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA A PARTIR DA ANÁLISE
DO PERFIL DE TENSÃO
Trabalho
de
Conclusão
de
Curso
apresentado ao Curso de Graduação em
Engenharia
Elétrica,
da
Universidade
Regional do Noroeste do Estado do Rio
Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito
parcial
para
obtenção
do
grau
de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Me. Eng. Sandro Alberto Bock
Santa Rosa - RS
2016
JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT
PROPOSTA DE INSTALAÇÃO DE REGULADOR DE TENSÃO EM
UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA A PARTIR DA ANÁLISE
DO PERFIL DE TENSÃO
Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para a obtenção do grau de
Engenheiro Eletricista e aprovado em sua forma final pela Comissão Examinadora e
pelo Colegiado do Curso de Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade
Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUI.
Banca Examinadora:
__________________________________________________
Me. Eng. Sandro Alberto Bock – Orientador – DCEEng / Unijuí
__________________________________________________
Dr. e Me. Eng. – Maurício de Campos – DCEEng / Unijuí
DEDICATÓRIA
DEDICO ESTE TRABALHO À MINHA FAMÍLIA, EM ESPECIAL À MINHA
ESPOSA, CRISTIANE E AO MEU FILHO LUCAS, PELO AMOR, INCENTIVO E
CARINHO A MIM DISPENSADOS DURANTE A REALIZAÇÃO DO MESMO E
PRINCIPALMENTE PELA COMPREENSÃO DO MEU FILHO NOS MOMENTOS
AUSENTES E POR AQUELES MOMENTOS ONDE ELE TANTO PEDIA PAI VAMOS
BRINCAR E ACABAVA ESCUTANDO O PAI TEM QUE ESTUDAR.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente à força de deus e à minha família por toda dedicação
e atenção para que eu me tornasse um engenheiro, o amar dedicado a mim e a
essencial cobrança nas horas devidas.
Agradeço aos meus pais Nilo e Dulce pelo constante apoio, compreensão e a
interminável paciência que tiveram comigo durante a realização deste curso.
Considero que seus exemplos de vida me guiaram pelo caminho correto, sendo de
suma importância para eu chegar até este momento.
Aos meus irmãos, Leonice, Sirlei e Fábio pelo carinho, incentivo e apoio em
todos os momentos.
Aos colegas e ex-colegas por todo companheirismo e apoio durante o período
acadêmico, colegas que por muitas vezes foram peças fundamentais na persistência
e coragem para enfrentar as dificuldades do Curso de Engenharia Elétrica.
Ao meu orientador Prof. Sandro Alberto Bock, meu agradecimento pelo apoio
e orientação.
A todos os amigos e colegas de trabalho da CERTHIL, especialmente ao Eng.
da empresa de alguma forma, auxiliaram ou contribuíram para realização desse
trabalho e da empresa CERTHIL pelo apoio no decorrer do curso de engenharia
elétrica.
RESUMO
O presente trabalho tem por objetivo realizar um estudo do perfil de tensão numa rede
de distribuição primária de energia elétrica, com a finalidade de propor a instalação de
reguladores de tensão e garantir que os níveis de tensão estejam em conformidade
ao estabelecido pelo módulo 8 do PRODIST. Para a realização da análise serão
considerados os dados levantados do Sistema de Gestão de Operação da empresa
em estudo, com o intuito de obter as características dos trechos de rede. Também
serão efetuadas medições ao longo do alimentador de forma a levantar as
informações referentes as grandezas elétricas relevantes ao estudo, tais como
potência e tensão. Com os dados obtidos, os mesmos serão lançados em gráficos
para poder analisar o perfil da queda de tensão e verificar o seu comportamento ao
longo do trecho da rede sob análise, de forma a certificar que estão dentro dos
parâmetros estabelecidos pela ANEEL.
Palavras chaves: Rede de Distribuição; Níveis de Tensão e Banco Reguladores de
Tensão.
ABSTRACT
This paper aims to carry out a voltage profile study in a network of primary distribution
of electricity, in order to propose the installation of voltage regulators and ensure that
the voltage levels conform to the established by the module 8 of PRODIST. To perform
the analysis shall be considered the data collected from the Operation Management
System of the company under study, in order to obtain the characteristics of the
network segments. There will also be measurements made along the feeder to raise
the information regarding the electrical parameters relevant to the study, such as
power and voltage. The obtained data will be plotted on graphs in order to analyze the
profile of the voltage drop and check their behavior along the network segment under
analysis in order to make sure they are within the parameters set by ANEEL.
Key words: Distribution Network; Voltage levels and Bank Voltage Regulators.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Funcionamento de uma Usina Hidrelétrica ............................................... 15
Figura 2 - Sistema de Linhas Transmissão no Brasil ................................................ 16
Figura 3 - Energia Elétrica Desde a Geração até o Consumidor............................... 17
Figura 4 - Faixas de Tensão em Relação a de Referência ....................................... 32
Figura 5 - Representação de um circuito trifásico ..................................................... 44
Figura 6 - Cabo de Alumínio com Alma de Aço......................................................... 48
Figura 7 - Banco de Capacitores ............................................................................... 50
Figura 8 - Tap Relação de Transformação ................................................................ 51
Figura 9 - Esquemático do regulador Autobooster configurado como elevador de
tensão. ...................................................................................................................... 52
Figura 10 - Esquemático do regulador Autobooster configurado como abaixador de
tensão. ...................................................................................................................... 53
Figura 11 - Regulador de Tensão Elevador .............................................................. 54
Figura 12 - Regulador de tensão Abaixador .............................................................. 54
Figura 13 - Regulador de tensão Tipo A com Reator ................................................ 55
Figura 14 - Regulador de tensão Tipo A com Relé (controle) ................................... 55
Figura 15 - conexões estrela ..................................................................................... 56
Figura 16 - conexão em delta .................................................................................... 56
Figura 17 - Taps Interno do Regulador de Tensão.................................................... 57
Figura 18 - Regulador de Tensão Parte Interna ........................................................ 57
Figura 19 - O circuito utilizado para fazer o estudo de caso ..................................... 60
Figura 20 - A demanda máxima e mínima medida no alimentador ........................... 61
Figura 21 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda mínima ..................... 64
Figura 22 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda máxima..................... 65
Figura 23 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e da mínima no
mesmo perfil .............................................................................................................. 65
Figura 24 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e com a
interligação ................................................................................................................ 66
Figura 25 - Unifilar do Alimentador e com as distâncias e o tipo de cabo ................. 67
Figura 26 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda mínima com regulador
.................................................................................................................................. 71
Figura 27 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda máxima com regulador
.................................................................................................................................. 72
Figura 28 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e da mínima
com regulador ........................................................................................................... 72
Figura 29 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e com a
interligação ................................................................................................................ 73
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Corrente admissível – CAA ..................................................................... 27
Quadro 2 - Corrente admissível – CA ....................................................................... 27
Quadro 3 - Corrente admissível – CA ....................................................................... 28
Quadro 4 - Corrente admissível – CA ....................................................................... 29
Quadro 5 - Corrente admissível – CA e CAA ............................................................ 30
Quadro 6 - Flutuação de Tensão............................................................................... 35
Quadro 7 - Valores de Referência para Distorções Harmônicas ............................... 36
Quadro 8 - Desequilíbrio de Tensão ......................................................................... 37
Quadro 9 - Grandezas da Flutuação de Tensão ....................................................... 38
Quadro 10 - Flutuação de Tensão............................................................................. 39
Quadro 11 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de cobre .................. 42
Quadro 12 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio .............. 42
Quadro 13 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio .............. 43
Quadro 14 - A queda de tensão com a demanda mínima lida no alimentador .......... 62
Quadro 15 - A queda de tensão com a demanda máxima lida no alimentador ......... 63
Quadro 16 - A queda de tensão com demanda máxima lida no alimentador e a
interligação ................................................................................................................ 63
Quadro 17 - A queda de tensão com a demanda mínima lida no alimentador .......... 69
Quadro 18 - A queda de tensão com a demanda máxima lida no alimentador ......... 70
Quadro 19 - A queda de tensão com demanda máxima lida no alimentador e a
interligação ................................................................................................................ 70
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
UNIJUI
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul
RS
Rio Grande do Sul
DCEEng
Departamento de Ciências Exatas e Engenharias
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
TCC
Trabalho de Conclusão de Curso
V
Volt
kV
quilo Volt
kVA
quilo Volt Ampères
MVA
Mega Volt Ampères
kW.h
quilowatt-hora
km
Quilômetro
ANEEL
Agência Nacional de Energia elétrica
PRODIST
Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no sistema Elétrico
Nacional
RT
Regulador de Tensão
BRT
Banco de Regulador de Tensão
CERTHIL
Cooperativa de Distribuição de Energia Entre Rios Ltda.
FECOERGS Federação das Cooperativas de Energia, Telefone e Desenvolvimento
Rural do Rio Grande do Sul
CEEE
Companhia Estadual de Energia Elétrica do rio Grande do Sul
CPFL
Companhia Paulista de Força e Luz
RGE
Rio Grande Energia
XLPE
Cabo de Alumínio Coberto
Hz
Hertz
MT
Media Tensão
BT
Baixa Tensão
CAA
Cabo de Alumínio com Alma
CA
Cabo de Alumínio
SED
Sistema Elétrico de Distribuição
TP
Transformador de Potência
TC
Transformador de Corrente
Tap
Posição de Ajuste dos Reguladores de Tensão
LDC
Tensão Constante e Reta de Carga
kVAr
Kilo Volt Ampére reativo
QEE
Qualidade Energia Elétrica
DRP
Duração Relativa da Transgressão de Tensão Precária
DRC
Duração Relativa da Transgressão de Tensão Crítica
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................. 15
1.1 Estudo da arte ................................................................................................... 18
1.2 Justificativa........................................................................................................ 22
1.3 Objetivo .............................................................................................................. 24
1.3.1 Objetivo geral ................................................................................................... 24
1.3.2 Objetivo específico ........................................................................................... 24
2 NÍVEIS DE QUALIDADE ................................................................... 25
2.1 Introdução .......................................................................................................... 25
2.2 Níveis de tensão ................................................................................................ 25
2.2.1 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da FECOERGS ............................... 26
2.2.2 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CEEE ......................................... 28
2.2.3 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CPFL .......................................... 29
2.3 PRODIST ............................................................................................................ 30
2.3.1 Introdução ........................................................................................................ 30
2.3.2 Qualidade do Produto....................................................................................... 31
2.3.2.1 Tensão em Regime Permanente ................................................................... 31
2.3.2.2 Fator de Potência .......................................................................................... 35
2.3.2.3 Harmônicas ................................................................................................... 36
2.3.2.4 Desequilíbrio de Tensão................................................................................ 37
2.3.2.5 Flutuação de Tensão ..................................................................................... 38
3 QUEDA DE TENSÃO ........................................................................ 40
3.1 Introdução .......................................................................................................... 40
3.2 Metodologia de Cálculo .................................................................................... 40
3.2.1 Coeficiente Unitário de Queda de tensão ......................................................... 41
3.2.1.1 Trifásica ......................................................................................................... 43
3.2.1.2 Monofásica .................................................................................................... 46
3.2.1.2.1 Sistema Monofásico fase-fase Derivado de um circuito Trifásico .............. 46
3.2.1.2.2 Sistema Monofásico fase-neutro Derivado de um circuito Trifásico ........... 46
4 REGULADORES DE TENSÃO ......................................................... 47
4.1 Introdução .......................................................................................................... 47
4.2 Recondutoramento............................................................................................ 47
4.3 Capacitores ........................................................................................................ 48
4.4 Tap ...................................................................................................................... 50
4.5 Reguladores de Tensão .................................................................................... 51
4.5.1 Introdução ........................................................................................................ 51
4.5.2 Tipos de Regulador de Tensão ........................................................................ 52
4.5.2.1 Regulador de Tensão Autobooster ................................................................ 52
4.5.2.2 Regulador de Tensão de 32 Degraus............................................................ 53
5 ESTUDO DE CASO .......................................................................... 58
5.1 Introdução .......................................................................................................... 58
5.2 Apresentação do Alimentador ......................................................................... 58
5.3 Análise do Comportamento de Carga ............................................................. 60
5.4 Queda de Tensão sem Regulador .................................................................... 61
5.4.1 Tabela com os dados de queda ....................................................................... 62
5.4.2 Perfil de Queda de Tensão............................................................................... 64
5.5 Definição do Ponto de Instalação do Regulador de Tensão ......................... 66
5.6 Queda de Tensão com Regulador ................................................................... 68
5.6.1 Tabela com os dados de queda ....................................................................... 69
5.6.2 Perfil de Queda de Tensão............................................................................... 71
5.7 Conclusões ........................................................................................................ 74
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS... 76
6.1 Conclusão .......................................................................................................... 76
6.2 Sugestões para Futuros Trabalhos ................................................................. 77
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................. 78
1 INTRODUÇÃO
A energia desde o seu surgimento na história foi inserida aos hábitos da
sociedade e sempre teve relevância devido a ampliação das possibilidades de
trabalho, produtividade, conforto, comodidade e bem-estar às pessoas. Entretanto, a
utilização da energia elétrica tornou a sociedade extremamente dependente e refém
de possíveis falhas que podem ocorrer no sistema.
O Sistema de Elétrico de Potência (SEP) pode ser dividido em quatro partes:
geração, transmissão, distribuição e consumo.
O sistema de geração de energia elétrica no Brasil abrange diversos setores
como comércio, a indústria e as residências em geral, sendo que cerca de 71% da
energia elétrica consumida são provenientes de usinas hidrelétricas, onde todo o
processo de produção ocorre de maneira que a água passa pelas turbinas,
transformando a energia mecânica em energia elétrica (LEÃO, 2009).
Figura 1 - Funcionamento de uma Usina Hidrelétrica
Fonte: (PIRES, 2010).
16
As linhas de transmissão são responsáveis por transportar a energia elétrica
desde a geração até as cidades. No Brasil, existem aproximadamente 100 mil km de
linhas de transmissão. Essa energia é transmitida em corrente alternada (60 Hz) em
elevadas tensões (138 a 500 kV), devido à localização das usinas hidrelétricas, que
na maioria dos casos estão situadas longe das cidades. Essas linhas de transmissão
são transportadas em altas tensões e chegando próximas das cargas começa o
trabalho inverso de rebaixar a tensão nas subestações abaixadoras de
subtransmissão, onde seria o primeiro estágio de abaixamento do nível de tensão de
138 ou 69 kV, e no segundo estágio seria o abaixamento do nível para 23,1 ou 13,8
kV, nessa tensão o sistema se considera como de distribuição (Educação, 2015).
Figura 2 - Sistema de Linhas Transmissão no Brasil
Fonte: (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL, 2015).
17
Depois de percorrer um longo caminho entre as usinas e os centros
consumidores nas redes de transmissão, a energia elétrica chega para que possa ser
iniciado o processo de distribuição. No entanto, apesar de já ser uma tensão mais
baixa ainda não é adequada para os consumidores de baixa tensão, por isso
transformadores menores são instalados nas redes de distribuição, para reduzir ainda
mais a voltagem de 23,1kV ou 13,8kV, para 127/220V ou 220/380V, com isso podendo
atender às empresas, indústrias, comércio e às residências.
Figura 3 - Energia Elétrica Desde a Geração até o Consumidor
Fonte: (SOARES, 2011).
Atualmente, percebe-se um aumento tanto da carga instalada como do próprio
consumo de cada unidade consumidora, com isso ampliando a necessidade de
investimentos por parte das concessionárias e permissionárias de forma a atender às
exigências relacionadas com a qualidade de energia entregue ao consumidor final. A
18
Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) tem o objetivo de regulamentar todo o
setor elétrico desde a produção, transmissão, distribuição e até a comercialização de
energia elétrica, prezando pela qualidade dos serviços prestados.
No segmento da distribuição de energia elétrica, devido aos diversos tipos de
consumidores e devido ao aumento do poder aquisitivo constatou-se um aumento no
consumo de energia tanto nas residências, comércios e indústrias. No entanto,
independente desta variação considerável do consumo para um curto período de
tempo, a fiscalização da ANEEL mantém-se atuante de forma a garantir que os níveis
de qualidade da tensão se mantenham adequados no ponto de entrega dos
consumidores.
Esses limites de tensão são estabelecidos como adequados, precários e
críticos para operação em regime permanente, caso os mesmos não estejam dentro
dos critérios estabelecidos, podem gerar compensação ao consumidor caso às
medições de tensões excedam os limites dos indicadores e, ainda, as distribuidoras
correm o risco de serem multados (PEREIRA, 2009) (ANEEL, 2016).
1.1 Estudo da arte
Dentre os artigos e trabalhos existentes na área de alocação de regulador de
tensão e análise de perfil de tensão, em sistemas de distribuição de energia elétrica,
destacam-se os mencionados a seguir:
Em (GONSÁLEZ, 2007), seu trabalho propõe uma metodologia para a
alocação de reguladores de tensão, onde apresenta uma metodologia heurística
dividida em duas fases. Na primeira fase os reguladores são alocados de forma a
obter uma solução factível, na outra usando algoritmo mimético para melhorar a
solução obtida na fase construtiva otimizando uma função objetiva considerando os
custos das perdas elétricas e dos reguladores de tensão. Teve com metodologia
apresentar o desempenho nas redes de distribuição de energia elétrica.
Segundo (DALCIN, 2013), utilizou métodos de heurística para o ajuste
adequado em alocação de banco de capacitores e reguladores de tensão, como
também usando as técnicas de substituição de condutores para garantir níveis de
tensão ou ter um perfil de tensão dentro dos parâmetros adequados. Neste trabalho
apresentou-se simulações para otimizar os perfis de tensão nas redes primárias de
distribuição. Teve a apresentação dos resultados comparado e analisado sob o ponto
19
de vista técnico, com o objetivo de analisar a melhor alternativa da proposta para fins
de aplicação visando obter o melhor perfil da tensão.
Em (PEREIRA, 2009), é apresentado um método heurístico de alocação de
RT’s em sistemas de distribuição de energia elétrica radiais. O grande objetivo é
melhorar o perfil de tensão, minimizar as perdas de potência ativa e os custos de
investimento. O método heurístico é composto por duas etapas: a) seleção, instalação
e ajuste dos tap dos RT; e b) reduzir o número de RT inicialmente alocados, movendoos adequadamente até que a melhor condição econômica seja obtida. A aplicação
desse método apresentou boa eficiência nos resultados e nas possíveis soluções
práticas, além de apresentar uma considerável melhora, no sistema de distribuição.
Segundo (FELBER, 2010), foi utilizado 3 técnicas para fazer a regulação da
tensão em uma subestação de distribuição de energia elétrica (LDC, tensão constante
e reta de carga). O objetivo foi comparar as metodologias de controle automático de
tensão em subestações de distribuição de energia elétrica, com objetivo de verificar o
perfil da tensão e analisar o comportamento da tensão em regime permanente e das
metodologias de regulação de tensão usadas. Foram utilizados métodos de medições
em vários pontos de uma linha de distribuição pertencente à subestação. O trabalho
usou metodologias levando em consideração as normas vigentes atuais (Módulo 8 –
PRODIST) sendo avaliadas as vantagens e desvantagens de cada metodologia.
Em (AREDES, 2015), apresentou-se os reguladores de tensão com controle
dos comutadores eletromecânicos de tap, para melhorar o perfil de tensão, com isso
manter os consumidores com níveis de tensão com uma ótima qualidade, pois os
reguladores não apresentavam essa regulagem de tensão com capacidade de atuar
em tensões de curta duração. Assim tem-se uma comutação eletrônica mais rápida
na resposta, em relação aos reguladores de tensão convencionais. Com isso foi
apresentada uma proposta de um Regulador de Tensão com Comutador Eletrônico
de Tap, com objetivo de melhorar o nível de tensão nos alimentadores mantendo um
perfil de tensão mais equilibrado.
Em (ALVES, 2012), são apresentados equivalentes à formulação não linear
inteira mista para resolver o problema de alocação de reguladores de tensão ao longo
dos alimentadores primários de sistemas de distribuição de energia elétrica radiais,
com o objetivo de melhorar o perfil da magnitude de tensão, reduzir as perdas de
potência ativa da rede e a minimização dos custos de instalação dos equipamentos.
No trabalho é cálculo do ponto de operação em regime permanente de um sistema de
20
distribuição radial, com modelado matematicamente usando expressões lineares,
vendo o objetivo de localizar o ponto ideal da instalação dos equipamentos para que
o perfil da tensão se mantém dentro da tensão prevista.
Segundo (USIDA, 2007), o trabalho apresenta a pesquisa relacionada a
reguladores de tensão em um sistema de distribuição de energia elétrica e propor um
controle baseado em sistemas inteligentes para melhorar o perfil da tensão. Onde ele
apresenta um relé de regulador de tensão baseado em sistemas Fuzzy que tem a
função de atuar diretamente no comutador de tap nos transformadores de potência
instalado em subestações de distribuição. E implementado relé por meio de um
algoritmo computacional, com finalidade de verificar através da simulação o
comportamento da carga e ter mais controle do perfil da tensão.
Conforme (MADRUGA, 2011), o trabalho apresenta como fazer o ajuste dos
equipamentos e a alocação de bancos de capacitores e de reguladores de tensão ao
longo dos alimentadores, com finalidade de localizar o ponto ideal da instalação dos
equipamentos, com isso manter o perfil de tensão dentro da qualidade de energia. O
trabalho utiliza algoritmo com técnicas de inteligência computacional para otimizar os
níveis de tensão no sistema de distribuição, onde essa traz uma ferramenta que
permite ao especialista obter a melhor relação custo benefício na alocação simultânea
de bancos de capacitores e de reguladores de tensão.
Segundo (YAMAKAWA, 2007), em seu trabalho apresenta um sistema de
controle inteligente para bancos de capacitores automáticos aplicados nos
alimentadores de distribuição de energia elétrica, no qual se propõem em correção
dos reativos no sistema para diminuir o chaveamento do banco de capacitores, para
que não afetasse o perfil da tensão provocado pelas flutuações de tensão do
alimentador. Outro aspecto é o controle independente da alocação do banco no
sistema, localizando o ponto ideal da instalação, o perfil da carga ou da tensão, uma
vez que os dispositivos de controle atuais exigem medições e análise para
configuração dos seus parâmetros de controle. Como esse controlador nebuloso não
precisa de novos ajustes, caso haja alterações na curva de carga do sistema,
operando com bons resultados para diversas curvas de carga diferentes.
Conforme (SZUVOVIVSKI, 2008), o trabalho apresenta fórmulas matemáticas
para a metodologia baseada em critérios de minimização dos custos de perda de
potência ativa, das penalizações por violação de tensão e queda de tensão e dos
custos dos equipamentos alocados. A estratégia proposta é a adoção dos algoritmos
21
genéricos para a alocação de BC, também a alocação de RT, estabelecendo o ajuste
da tensão de saída dos tap dos reguladores de tensão, para manter um perfil de
tensão mais adequado.
Em (SPATTI, 2007), apresenta um controle de tensão em um sistema fuzzy
de distribuição de energia, com uma estratégia de fazer a comutação dos tap sob
carga, deixando os relés mais flexíveis para a regulação através dos sistemas
inteligentes. Esse trabalho visa o estudo do controle de uma subestação, para manter
um nível de tensão adequado dentro dos perfis atendando todos as regulamentações.
Conforme (FRAGOAS, 2008), em seu trabalho apresenta um estudo de
instalação de bancos de capacitores mais próximos das cargas, para amenizar as
perdas trazendo grandes benefícios técnicos e econômicos e com esse trabalho
mostrar que pode aumentar a capacidade do sistema de distribuição. O objetivo do
trabalho é encontrar problemas de qualidade do fornecimento, e manter uma
qualidade de energia dentro dos parâmetros estabelecidos pela ANEEL.
Em (BAPTISTA, 2010), apresenta dois modelos de simulação no ambiente
PSCAD/EMTDC® de um regulador de tensão com comutador eletrônico de tap. O
trabalho realizado tem como conceito as falhas nas chaves do regulador sendo
representado por tiristores em curto-circuito ou em circuito aberto, para ver o
comportamento dos reguladores de tensão em uma simulação dos tipos de falha antes
e após a instalação da BRT, isso para manter em ótimo funcionamento dos
reguladores e que perfil de tensão se mantenha dentro das conformidades
estabelecidas.
Conforme (PADILHA, 2010), em seu estudo onde é proposto uma análise
comparativa entre dispositivos de reguladores de tensão em sistemas de distribuição,
tais estratégias são conduzidas como problemas de otimização não linear inteira mista
em que se consideram modos de operação dos geradores, a minimização dos desvios
de tensão nas barras e das perdas elétricas. O trabalho busca com os resultados fazer
a análise das vantagens e desvantagens dentro dos sistemas definir parâmetros de
controle de tensão nas redes de distribuição de energia elétrica.
Da revisão bibliográfica podemos concluir que:
• São poucos os trabalhos que abordam o problema de alocação de BRT, ou
da localização do ponto ideal dos reguladores de tensão.
• Em quase todos os trabalhos foram utilizados técnicas heurísticas,
sistemas computacionais para resolver o problema de alocação de RT.
22
• Em poucos trabalhos foram apresentados os modelos de programação
matemática, para verificar o ponto ideal da localização dos BRT através da
análise perfil de tensão.
1.2 Justificativa
Este trabalho leva em consideração o cenário brasileiro, onde a maioria das
grandes cargas está localizada longe das suas fontes de suprimento, como as usinas
ou subestações. Devido a estas distâncias existentes, a energia, na maioria das
vezes, não consegue manter os níveis de tensão adequados desde a saída da fonte
de suprimento até o seu consumidor final. Com isso, a queda de tensão no final do
trecho acaba se situando nos níveis precário e crítico.
A ANEEL é um órgão do governo responsável em atender às reclamações de
agentes e consumidores, buscando um equilíbrio entre as partes para defender os
interesses da sociedade em geral, sempre buscando estabelecer condições para que
os serviços de energia elétrica sejam prestados ao consumidor com qualidade,
segurança e de tarifas justas. Quando a empresa de energia investe na qualidade do
serviço e a ANEEL fazendo a parte da fiscalização e se concordando, o custo pode
ser repassado para a tarifa, sendo justo para ambos os lados, consumidor e empresa
(ANEEL, 2016).
Além disto, de maneira a assegurar o bem estar dos consumidores, a ANEEL
estabelece os procedimentos relacionados à qualidade de energia, abordando a
qualidade do produto e do serviço prestado, trazendo como normativa técnica o
módulo 8 do PRODIST, o qual apresenta como itens principais a definição nos
parâmetros e valores relativos à conformidade da tensão em regime permanente,
estabelece a metodologia para a apuração dos indicadores de continuidade e os
tempos de atendimento, e define padrões e responsabilidades (ALVES, 2012).
Levando em consideração todos estes fatores teve-se a ideia de fazer um
estudo nas redes da CERTHIL, devido ao grande número de reclamações de
consumidores referentes a problemas com a energia elétrica nas propriedades,
principalmente de que os equipamentos não apresentam funcionamento adequado. E
com a preocupação da CERTHIL em atender seu consumidor da melhor forma
possível e de seguir o que está prescrito no módulo 8 do PRODIST, referente ao nível
de tensão, a empresa tem investido valores elevados em melhorias nas redes de
23
distribuição de Baixa Tensão (BT), para poder regularizar a situação dos seus
consumidores e para não correr o risco de ser autuado pela ANEEL por não atender
os mínimos critérios de níveis de tensão.
Este estudo tem como proposta instalar reguladores de tensão na rede de
distribuição primária a partir da análise dos perfis de tensão, devido ao grande índice
de reclamação dos consumidores da CERTHIL. Analisando número de alimentadores
existentes atualmente decidiu-se inicialmente fazer um estudo em um dos
alimentadores, visando fazer a análise da tensão para a melhor localização dos
bancos de reguladores para poder evitar a queda de tensão no final da rede.
Um dos bancos se localiza na saída da rebaixadora de 25 kV para 15 kV, na
localidade do km 13 no município de Três de Maio, onde está conectada em um dos
dois barramentos que sai da rebaixadora, com isso observa-se que os reguladores de
tensão estão localizados próximos da fonte, deixando as cargas mais no final do
alimentador com uma tensão precária ou até critica. No entanto, para tentar diminuir
esse problema tanto para o consumidor como para a cooperativa, será feito um estudo
do perfil da tensão no alimentador com objetivo de encontrar a melhor localização para
a instalação dos bancos de regulador de tensão, com isso solucionando o problema
com as cargas e evitando a queda de tensão e uma provável notificação pelo não
cumprimento da manutenção dos níveis de tensão em patamares adequados.
Desta forma o objetivo é fazer o estudo para encontrar o ponto ideal do banco
reguladora de tensão, analisando o perfil da queda de tensão e do sistema que a
CERTHIL tem para controlar as suas redes, usando o software E2 Mig da Useall para
comparar com os cálculos, analisar os perfis de queda de tensão, com isso tentar
encontrar o melhor ponto de instalação do regulador de tensão. O método a ser
utilizado para comparar com o resultado que o sistema E2 apresenta será através de
cálculos matemáticos para tentar localizar o ponto ideal da queda de tensão. Além
disso, será instalado no alimentador equipamento registrador de média tensão, o qual
coleta os dados de demanda e de corrente, com a finalidade de verificar no local a
tensão real que se encontra na rede para poder comparar com o software e com os
cálculos.
Portanto, o objetivo principal é melhorar o nível de tensão mais próximo das
cargas proporcionando uma melhor qualidade de vida ao consumidor, e evitar que a
cooperativa faça gastos ou investimento de grande valor, para poder regularizar a
situação, tanto mediante aos consumidores como para atender às normas do módulo
24
8 do PRODIST, com isso podendo fazer um pequeno ajuste em realocar os
reguladores de tensão.
1.3 Objetivo
1.3.1 Objetivo geral
O principal objetivo do estudo de caso de um alimentador da Cooperativa de
Distribuição de Energia Entre Rios Ltda. (CERTHIL) é analisar o perfil da tensão e
obter a melhor localização para instalação dos reguladores de tensão. Deseja-se com
esse estudo fazer com que a tensão esteja adequada em todos os pontos, atendendo
os pontos críticos da queda de tensão, com isso diminuindo os problemas para todos
os consumidores e evitando investimentos desnecessários.
1.3.2 Objetivo específico
• Fazer uma comparação entre o software e cálculos matemáticos, para
localizar o melhor ponto possível e viável para fazer a instalação.
• Analisar os resultados obtidos entre os sistemas e os métodos de cálculos
realizados, com as medições feitas na rede a campo.
• Fazer uma análise do perfil da queda de tensão, com o objetivo de localizar
o melhor ponto da instalação das bancas de reguladores de tensão.
2 NÍVEIS DE QUALIDADE
2.1 Introdução
Especificamente aos níveis de tensão com relação ao atendimento, a Agência
Nacional de Energia Elétrica – ANEEL informou por intermédio da resolução normativa
Nº 345/2008 de 31 de dezembro de 2008, que a Qualidade de Energia Elétrica
- QEE seria determinada pelo Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica
no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST Módulo 8, onde o sistema elétrico
deve atender os níveis de tensão preestabelecidos, estando sujeitos a
fiscalizações e multas.
No sistema de distribuição de energia elétrica deve-se operar dentro dos
limites definidos pelo Módulo 8 do PRODIST, para isso as concessionárias de
distribuição devem fazer estudos técnicos necessários para apresentar
soluções viáveis e econômicas para atender os possíveis problemas de níveis
de tensão na sua rede ou no seu alimentador. Devido à demanda não ser
constante é indispensável o estudo técnico levando em conta a variação da
carga ao longo do período (horas do dia) (SZUVOVIVSKI, 2008).
2.2 Níveis de tensão
As distribuidoras de energia elétrica têm várias responsabilidades, mas uma
das principais é manter o fornecimento de energia ao consumidor com uma faixa de
tensão adequada, ampliando nos últimos anos as ações e investimentos referentes a
níveis de tensão em regime permanente. Com o amplo crescimento no setor elétrico
e a energia ser um fator de extrema importância para os consumidores e para as
empresas distribuidoras de energia, os órgãos reguladores passaram a ter mais
atenção com a qualidade de energia nos níveis de tensão.
Perante a esse crescimento e da necessidade de padronização os órgãos do
setor elétrico passaram não só se preocupar com o fornecimento contínuo e de boa
qualidade e assim criaram normas, resoluções e procedimentos que apontam os
padrões adequados para o setor elétrico (PEREIRA, 2009). Desta forma alguns limites
26
foram definidos para os níveis de tensão indicando a classificação como precários ou
críticos, nisso foram criados os indicadores DRP e DRC que representam a duração
relativa da transgressão precária e crítica, esses indicadores podem definir o tempo
em que a tensão fornecida pode permanecer fora das faixas permitida (ANEEL, 2016).
A fim de desenvolver para os sistemas de distribuição de energia elétrica um
conjunto de documentos que estejam disciplinasse para todos os aspectos técnicos
relacionados à distribuição, a ANEEL iniciou o processo de análise dos procedimentos
da distribuição, o PRODIST. Esta coletânea foi dividida em 8 módulos, tratando das
diversas atividades da distribuição de energia elétrica, enfocando aspectos de
planejamento e operação entre outros, o módulo 8, trata da qualidade da energia,
dividindo este tema em qualidade do produto e qualidade do serviço. (PEREIRA,
2009).
As concessionárias de distribuição de energia elétrica devem seguir os
critérios estabelecidos pela ANEEL, além disto, a maioria das concessionárias tem
seus próprios critérios ou padrões de projetos para construção de rede nova ou de
melhoria, essas normas internas, são tão ou mais rígidas das que são exigidas pelo
órgão regulador.
2.2.1 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da FECOERGS
Conforme o padrão de projeto da Federação das Cooperativas de Energia,
Telefone e Desenvolvimento Rural do Rio Grande do Sul (FECOERGS), a queda de
tensão máxima da rede primária não pode ser superior a 7%, este valor compreende
o barramento da subestação e/ou o ponto de conexão com a distribuidora e o ponto
mais desfavorável, onde se situa o último transformador de distribuição ou o último
consumidor primário.
Para os cálculos deve-se levar em conta o fator de potência que é estipulado
por todas as concessionárias, a FECOERGS adotou para os seus cálculos um fator
de potência de 0,8 na rede primária, com isso a queda de tensão máxima não deve
ultrapassar 7%, incluída, neste valor, a queda de tensão existente no ponto de
alimentação. No caso de haver previsão de ampliação da rede projetada, a carga
prevista deve ser incluída no cálculo elétrico (FECOERGS, 2014).
27
Em cálculo de queda de tensão da rede primária, o carregamento do condutor
não pode ser superior a 70% do limite térmico a 40°C.
O quadro 1 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível
para o condutor nu – CAA considerando a temperatura de 40ºC.
Quadro 1 - Corrente admissível – CAA
Bitola - AWG
Condutor Nu
Imáx - A
4
125
2
160
1/0
220
2/0
250
3/0
290
4/0
330
336,4 MCM
426
Fonte: (FECOERGS,2014).
O quadro 2 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível
para o condutor nu – CA considerando a temperatura de 40ºC.
Quadro 2 - Corrente admissível – CA
Bitola - AWG
Condutor Nu
Imáx - A
2
152
1/0
203
2/0
235
3/0
271
4/0
314
336,4 MCM
419
Fonte: (FECOERGS,2014).
Em cálculo de queda de tensão da rede primária com condutor coberto, o
carregamento do condutor não pode ser superior a 70% do limite térmico a 40°C.
O quadro 3 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível
para o condutor coberto – CA.
28
Quadro 3 - Corrente admissível – CA
Classe de Tensão - 15 kV
Condutor
Coberto
Secção Nominal (mm²)
Imáx - A
35
187
50
225
70
282
95
345
120
401
150
456
185
525
Classe de Tensão - 25 kV
35
186
50
224
70
280
95
342
120
397
150
450
185
519
Fonte: (FECOERGS,2014).
2.2.2 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CEEE
Conforme o padrão de projeto da Companhia Estadual de Energia Elétrica do
rio Grande do Sul (CEEE), a queda de tensão de atendimento (AT) adequada máxima
em qualquer dos pontos na rede primária, ou nos pontos mais afastados da
alimentação, não pode ser superior a 7%, estando incluída nesses quesitos a queda
de tensão existente no ponto de alimentação. No caso de haver previsão de ampliação
da rede projetada, a carga prevista deve ser incluída no cálculo elétrico.
Para os cálculos deve-se levar em consideração o fator de potência que é
estipulado por todas as concessionárias, sendo que a CEEE adotou para os seus
cálculos um fator de potência de 0,92 na rede primária. Com isto, o trecho que
compreende a queda de tensão máxima de 7% a não ser ultrapassada é entendido
como a distância entre o barramento da subestação e o ponto mais desfavorável, onde
29
se situa o último transformador de distribuição ou o último consumidor primário (CEEE,
2013).
O Quadro 4 apresenta a capacidade de condução de corrente para dois tipos
de condutores, considerando a configuração dos cabos cobertos de alumínio CA,
isolamento XLPE (90°C), para temperaturas no condutor em regime permanente de
70° a 90°C, constando capacidade condução de corrente dos cabos.
Conforme o quadro 4 a seguir será mostrado a configuração dos cabos com
a corrente admissível para o condutor coberto – CA.
Quadro 4 - Corrente admissível – CA
Corrente ( A )
Tipo de condutor
Temperatura Ambiente 30°C
Temperatura Ambiente 40°C
70°C
80°C
90°C
70°C
80°C
90°C
50 mm² - 15 kV
205
229
248
174
202
225
185 mm² - 15 kV
478
533
582
403
470
525
50 mm² - 25 kV
204
227
247
173
201
224
185 mm² - 25 kV
405
453
493
342
399
450
Fonte: (CEEE, 2013)
2.2.3 Critérios de Projeto em Níveis de tensão da CPFL
Conforme o padrão de projeto da Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL),
a queda de tensão máxima da rede primária urbana não pode ser superior a 5,5 %,
essa queda é compreendida entre o barramento da subestação e o ponto mais
desfavorável, onde se situa o último transformador de distribuição ou o último
consumidor primário.
A queda de tensão na rede primária rural admitida pela CFPL nos pontos mais
distantes não deve ultrapassar 7,5%, com o fator de potência a ser adotado de 0,8,
incluído a este percentual valor à queda de tensão existente no ponto de alimentação.
No caso de haver previsão de ampliação da rede projetada, a carga prevista deve ser
incluída nos cálculos elétricos.
Outros valores de máxima queda de tensão percentual e de crescimento de
carga podem ser adotados, desde que tecnicamente justificados e aprovados pela
concessionária. Em cálculos da rede primária o carregamento do condutor não pode
ser superior a 70 % dos valores, conforme tabela (CPFL, 2009). Mas em caso tiver
30
condutor coberto os critérios de cálculo de queda de tensão da rede primária, se
mantem o mesmo carregamento dos 70% do limite térmico a 40°C.
O quadro 5 apresenta a configuração dos cabos com a corrente admissível
para os condutores – CA e CAA.
Quadro 5 - Corrente admissível – CA e CAA
REDE CONVENCIONAL
Bitola - AWG
Corrente Máxima - A
CA
CAA
4
-
114
2
152
150
1/0
202
198
4/0
313
295
336,4
418
-
477
518
-
REDE COMPACTA
Seção - mm²
Corrente Máxima - A
15 kV
25 kV
70
282
280
185
525
519
Fonte: (CPFL, 2009)
2.3 PRODIST
2.3.1 Introdução
O Módulo 8 do PRODIST foi elaborado com o propósito de estabelecer
requisitos técnicos relacionados à qualidade da energia elétrica – QEE. Para garantir
a qualidade do produto entregue pelas distribuidoras, este módulo define alguns
parâmetros e valores para uma referência relativa à conformidade da tensão em
regime permanente, buscando estruturas que possibilitem formar padrões para os
indicadores que aferem perturbações de tensão. Na qualidade dos serviços prestados,
o módulo estabelece técnicas para apuração dos indicadores de continuidade e dos
tempos de atendimento a ocorrências emergenciais, definindo padrões e
responsabilidades (ANEEL, 2016).
31
2.3.2 Qualidade do Produto
A qualidade do produto tem por característica estabelecer alguns critérios de
operação em regime permanente ou transitório, relacionados à qualidade do produto
definindo procedimento, amostragens e valores de referência.
2.3.2.1 Tensão em Regime Permanente
Nesse caso do regime permanente são estabelecidos limites adequados para
poder atender os níveis de tensões precários, críticos, esses indicadores podem ser
individuais ou coletivos, caso essas medições não estejam dentro dos limites de
conformidade pode se estabelecer uma compensação ao consumidor caso tenha
excedido os limites de conformidade de tensão. A tensão em regime permanente deve
ser controlada em todo o sistema elétrico de distribuição, é de responsabilidade da
mesma fazer o acompanhamento, atuando de forma preventiva para que a tensão se
mantenha dentro dos parâmetros adequados.
A tensão em regime permanente é avaliada por meio de um conjunto de
leituras obtidas por intermédio de medições apropriadas, no ponto de conexão
podendo ser indicadores individuas ou coletivos. Essas leituras podem ser solicitadas
por intermédio de uma reclamação do consumidor ou por determinação da
fiscalização da ANEEL, em caso de amostra determinado pelo órgão fiscalizador,
poderá ser por sorteio realizado para cada trimestre. As medições são comparadas
com uma tensão de referência, considerada tensão nominal ou contratada, esses
valores devem ser fixados em níveis adequados, para que os equipamentos elétricos
no consumidor final sejam compatíveis com a tensão fornecida, logo que as tensões
de referência, são classificadas em três categorias: tensão adequada, precária ou
crítica.
Nos contratos feitos entre as distribuidoras de energia elétrica a tensão a ser
contratada nos pontos de conexão com tensão nominal de operação igual ou superior
a 230 kV deverá ser a tensão nominal de operação do sistema no ponto de conexão,
já nos pontos de conexão com tensão inferior a 230 kV a tensão deverá situar-se entre
95% e 105%, da tensão nominal do sistema. No contrato junto às distribuidoras de
energia elétrica com a tensão nominal superior a 1 kV no ponto de conexão também
deve estar dentro dos parâmetros de 95% e 105% da tensão nominal de operação.
32
As concessionárias para fazer as devidas medições de tensão devem
corresponder ao tipo de ligação da unidade consumidora, abrangendo medições entre
todas as fases e o neutro fornecidos no ponto de conexão. Caso o neutro não seja
fornecido pela distribuidora no ponto de conexão, a medição de tensão deve ser
realizada entre as fases (ANEEL, 2016)
A figura 4 mostra a tensão de atendimento associada às leituras, deve ser
classificada segundo faixas em torno da tensão de referência (TR).
Figura 4 - Faixas de Tensão em Relação a de Referência
Fonte: (ANEEL, 2016)
a) Tensão de Referência (TR);
b) Faixa Adequada de Tensão (TR – ∆ADINF, TR + ∆ADSUP);
c) Faixas Precárias de Tensão (TR + ∆ADSUP, TR + ∆ADSUP + ∆PRSUP ou
TR – ∆ADINF – ∆PRINF, TR – ∆ADINF);
d) Faixas Críticas de Tensão (>TR + ∆ADSUP + ∆PRSUP ou <TR – ∆ADINF
– ∆PRINF).
No conjunto de leituras individuais para gerar indicadores deverá ter no
mínimo de 1008 leituras válidas entre um período de 10 minutos cada com intervalos
33
consecutivos, essas leituras devem ser guardadas no mínimo de 5 anos para fins de
fiscalizações do órgão competente a ANEEL (ANEEL, 2016).
Através de uma reclamação formal de um consumidor ou por uma amostra
solicitada da ANEEL devem ser feitos os cálculos dos índices de duração relativa da
transgressão para tensão precária (DRP) e para a tensão crítica (DRC) de acordo com
as expressões (1) e (2):
DRP =
DRC =
1008
1008
. 100(%)
(1)
. 100(%)
(2)
onde nlp e nlc representam as leituras situadas dentro das faixas de precária
e de crítica.
No conjunto de leituras para indicadores coletivos as concessionárias devem
seguir com base às medições feitas como amostras, com isso é efetuado o cálculo do
índice de unidades consumidoras com a tensão crítica, conforme a expressão (3)
(ANEEL, 2016):
ICC =
. 100(%)
(3)
onde:
NC = total de unidades consumidoras com DRC, não nulo.
NL = total de unidades consumidoras objeto de medição.
Para a determinação de Índices equivalentes por consumidor, precisam ser
calculados os índices de duração relativa da transgressão para tensão precária
equivalente (DRPE) e o índice de duração relativa da transgressão para tensão crítica
equivalente (DRCE), de acordo com as expressões (4) e (5) (ANEEL, 2016):
DRPe = ∑
DRPi
[%]
Nl
DRPe = ∑
DRCi
[%]
Nl
(4)
(5)
34
onde:
DRPi = duração relativa de transgressão de tensão precária individual da
unidade consumidora (i);
DRCi = duração relativa de transgressão de tensão crítica individual da
unidade consumidora (i);
DRPE = duração relativa de transgressão de tensão precária equivalente;
DRCE = duração relativa de transgressão de tensão crítica equivalente;
NL = total de unidades consumidoras objeto de medição.
As distribuidoras devem manter atualizadas os arquivos eletrônicos das
medições feitas e de toda a informação relativa ao cadastro de todas as unidades
consumidoras atendidas em tensão inferior a 69 kV, a distribuidora deve registrar de
forma individual todas as medições que comprovem a real situação da unidade
consumidora, deve manter disponível em arquivos pelo menos em 5 (cinco) anos para
fins de fiscalização da ANEEL, caso ela solicite essas informações. E se no caso a
situação da medição estiver dentro dos indicadores de precária ou crítica, o
consumidor deve ser informado que tem o direito em ter um recebimento de uma
compensação, caso haja violação dos limites dos indicadores DRP e DRC.
A distribuidora deve compensar os titulares das unidades consumidoras que
estiveram submetidas a tensões de atendimento com transgressão dos indicadores
DRP ou DRC e os titulares daquelas atendidas pelo mesmo ponto de conexão,
conforme indicado no módulo 8 do PRODIST dentro da qualidade do produto,
segundo no item Tensão em Regime Permanente, a Compensação aos
Consumidores. (ANEEL, 2016).
Para o cálculo da compensação deve ser utilizada a seguinte fórmula de
acordo com as expressões (6):
Valor =
DRP − DRPm
DRC − DRCm
# . K1 +
# . K2' . EUSD
100
100
Onde:
k1 = 0, se DRP ≤ DRPm;
k1 = 3, se DRP > DRPm;
k2 = 0, se DRC ≤ DRCm;
(6)
35
k2 = 7, para unidades consumidoras atendidas em Baixa Tensão, se DRC >
DRCm;
k2 = 5, para unidades consumidoras atendidas em Média Tensão, DRC >
DRCm;
k2 = 3, para unidades consumidoras atendidas em Alta Tensão, DRC > DRCm;
DRP = valor do DRP expresso em %, apurado na última medição;
DRPm = 3 %;
DRC = valor do DRC expresso em %, apurado na última medição;
DRCm = 0,5 %;
EUSD = valor do encargo de uso do sistema de distribuição correspondente
ao mês de referência da última medição.
O valor da compensação deverá ser creditado na fatura de energia elétrica do
consumidor, no prazo máximo de dois meses da medição feita que se constatou que
teve a violação dos indicadores. Os critérios de compensação definidos se aplicam
entre distribuidoras e aos agentes com instalações conectadas à Rede Básica
(ANEEL, 2016).
Conforme o quadro 6 a seguir as faixas de classificação de tensões – Tensões
de Regime Permanente:
Quadro 6 - Flutuação de Tensão
Tensão Nominal a 1 kV e Inferior a 69 kV
Tensão de Atendimento (TA)
Faixa de Variação da tensão de Leitura (TL)
em Relação à Tensão de Referência (TR)
Adequada
0,93 TR ≤ TL ≥ 1,05 TR
Precária
0,90 TR ≤ TL > 0,93 TR
Crítica
TL < 0,90 TR ou TL > 1,05 TR
Fonte: (ANEEL, 2016)
2.3.2.2 Fator de Potência
Para unidade consumidora ou conexão entre distribuidoras com tensão
inferior a 230 kV, o fator de potência deve estar compreendido entre 0,92 (noventa e
36
dois centésimos) e 1,00 (um) indutivo ou 1,00 (um) e 0,92 (noventa e dois centésimos)
capacitivo, de acordo com regulamentação vigente.
O valor do fator de potência deverá ser calculado a partir dos valores
registrados das potências ativa e reativa (P, Q) ou das respectivas energias (EA, ER),
conforme as seguintes expressões (7) (ANEEL, 2016).
+ =
P
,P - + Q²
01+ =
EA
,EA- + ER²
(7)
2.3.2.3 Harmônicas
As distorções harmônicas são fenômenos associados com deformações nas
formas de onda das tensões e correntes em relação à onda senoidal da frequência. O
quadro 7 sintetiza a terminologia aplicável às formulações do cálculo de valores de
referência para as distorções harmônicas (ANEEL, 2016).
Quadro 7 - Valores de Referência para Distorções Harmônicas
Identificação da Grandeza
Símbolo
Distorção Harmônica Individual de Tensão de Ordem h
DITh %
Distorção Harmônica Total de Tensão
DTT %
Tensão Harmônica de Ordem h
Vh
Ordem Harmônica
H
Ordem Harmônica Máxima
Hmáx
Ordem Harmônica Mínima
Hmím
Tensão Fundamental Medida
V1
Fonte: (ANEEL, 2016)
As expressões (8) e (9), para o cálculo das grandezas DITh % e DTT % são:
DITh =
DITh =
Vh
× 100
V1
6∑9:;<
9=- 7ℎ²
V1
× 100
(8)
(9)
37
2.3.2.4 Desequilíbrio de Tensão
O desequilíbrio de tensão é o acontecimento ligado a algumas alterações nos
padrões
trifásicos
num
sistema
de
distribuição,
isso
tem
uma
relação
matematicamente com a tensão de sequência negativa e da tensão de sequência
positiva no ponto de conexão entre a concessionária e o consumidor (ANEEL, 2016).
O quadro 8 apresenta a nomenclatura aplicável às formulações de cálculo do
desequilíbrio de tensão:
Quadro 8 - Desequilíbrio de Tensão
IDENTIFICAÇÃO DA GRANDEZA
SÍMBOLO
Fator de Desequilíbrio
FD
Magnitude da Tensão de Sequência Negativa (RMS)
V-
Magnitude da Tensão de Sequência Positiva (RMS)
V+
Magnitude das Tensão Trifásicas de Linha (RMS)
Vab Vbc e Vca
Fonte: (ANEEL, 2016)
A expressão (10), para o cálculo do desequilíbrio de tensão é:
FD% =
V−
× 100
V+
(10)
Alternativamente, pode-se utilizar a expressão (11) e (12), que conduz a
resultados em consonância com a formulação anterior:
1 − ,3 − 6β
FD% = 100 × ?
1 + ,3 − 6β
Sendo:
C=
7DE F + 7E F + 7 DF
× 100
(Vab - + Vbc - + Vca- )²
(11)
(12)
38
2.3.2.5 Flutuação de Tensão
A flutuação de tensão é uma alteração casual, repetitiva ou esporádica do
valor eficaz da tensão, a qualidade da tensão de um barramento do sistema de
distribuição de energia elétrica. A flutuação de tensão tem por objetivo avaliar o
incômodo provocado pelo efeito oscilatório da iluminação no consumidor. O quadro 9
mostra as grandezas da flutuação da tensão (ANEEL, 2016).
Quadro 9 - Grandezas da Flutuação de Tensão
Identificação da Grandeza
Símbolo
Severidade de Curta Duração
Pst
Severidade de Longa Duração
Plt
Valores diário do indicador Pst que foi superado em apenas
5% dos registros obtidos no período de 24 horas
PstD 95%
Valores semanal do indicador Plt que foi superado em
apenas 5% dos registros obtidos no período de sete dias
completos e consecutivos
PltS 95%
Fator de Transferência
FT
Fonte: (ANEEL, 2016)
As expressões (13) e (14), para o cálculo Pst e Plt são:
Pst = ,0,0314P0,1 + 0,525P1 + 0,0657P3 + 0,28 + P10 + 0,08P50
U3 1
Plt = ? O (PQRS)³
12
VWU
(13)
(14)
De acordo com as das normas, o indicador Pst teve ser feito as leituras das
de flutuação de tensão num período contínuo de 10 (dez) minutos, já a grandeza do
Plt a sua leitura da flutuação de tensão é num período contínuo de 2 (duas) horas,
através da composição de 12 valores consecutivos de Pst.
No quadro 10 se tem os valores de referência no sistema de distribuição
quanto à flutuação de tensão para os casos de indicadores de estabilidade nos valores
de tensão adequada, precária e crítica (ANEEL, 2016).
39
Quadro 10 - Flutuação de Tensão
Valor de Referência
PstD 95%
PltS 95%
Adequada
< 1 p.u. / FT
< ,08 p.u. / FT
Precária
1 p.u. - 2 p.u. / FT
0,8 - 1,6 p.u. / FT
Crítica
> 2 p.u. / FT
> 1,6 p.u. / FT
Fonte: (ANEEL, 2016)
3 QUEDA DE TENSÃO
3.1 Introdução
Nas distribuidoras de energia elétrica uma das principais responsabilidades é
no fornecimento de energia aos consumidores com uma tensão dentro das faixas
adequadas. Os principais problemas que podem ser encontrados e que os
consumidores percebem são as tensões abaixo dos valores nominais, com isso
compromete-se a qualidade no fornecimento de energia elétrica.
As quedas de tensão podem ser caracterizadas em parte como distúrbios que
podem comprometer a qualidade da energia elétrica, essas quedas podem ser de
curta duração, na maioria das vezes menor que um minuto, ou de longa duração que
seria superior à de um minuto. Os distúrbios com curta duração são denominados de
Afundamento de tensão, já os de longa duração são conhecidos de Subtensão
(SPATTI, 2007).
Um sistema elétrico de distribuição (SED) tem uma grande preocupação com
a previsão da queda de tensão e das perdas de potência ativa que podem ocorrer nas
redes. A avaliação é feita periodicamente para uma eventual restrição de tensão que
possa ocorrer e a determinação do custo das perdas, são alguns dos motivos para
que se tenham metodologias para realizar a estimativa dessas grandezas durante
certo período de tempo (FELBER, 2010).
O cálculo de queda de tensão é efetuado dentro do processo de planejamento,
principalmente para a rede primária, tanto para a análise do sistema existente, quanto
para o dimensionamento do sistema previsto para atendimento a novas cargas. A
queda de tensão pode ser obtida a partir de métodos computacionais ou através de
processos simplificados, aplicando-se coeficientes unitários de queda de tensão
(KAGAN Nelson, 2010).
3.2 Metodologia de Cálculo
O método de coeficientes unitários de queda de tensão é preferível, muitas
vezes, em relação aos métodos computacionais em razão de seu processo
41
simplificado e também para permitir maior agilidade nos cálculos e na obtenção dos
resultados.
O método manual simplificado é aplicável em sistemas de distribuição
equilibrados, ou naqueles onde, por aproximação, assim possam ser considerados
como os métodos de coeficientes unitários de queda de tensão (KAGAN Nelson,
2010).
Para os sistemas de distribuição a queda de tensão pode ser obtida, através
da expressão (15), com uma boa aproximação no valor da queda:
V&S = V&R + I& F . Z F
(15)
onde:
l – comprimento do trecho;
i – corrente máxima circulante no trecho;
R – resistência do condutor, (Ω/km);
X – reatância indutiva do condutor, (Ω/km);
θ - ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente.
3.2.1 Coeficiente Unitário de Queda de tensão
A utilização deste coeficiente fundamenta-se na queda de tensão percentual
originada pelo produto MVA x km, próprio de cada ponto ou trecho de um alimentador
que atende determinada carga. Este coeficiente G depende da tensão nominal do
sistema, do fator de potência da carga, do número de fases do circuito, da bitola e do
espaçamento dos condutores (KAGAN Nelson, 2010).
Para maior facilidade na utilização desses coeficientes unitários de queda de
tensão, seus valores foram tabelados para redes de distribuição com características
definidas através de normas técnicas de padronização de redes da ABNT e para
vários tipos de condutores.
Os quadros 11 e 12 apresentam os coeficientes de queda de tensão primária,
considerando condutores CA e CAA, além de uma tabela específica para o cálculo de
queda de tensão.
42
O quadro 11 mostra os coeficientes de queda de tensão na rede primárias
com os condutores de cobre.
Quadro 11 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de cobre
Coeficiente de queda de tensão, em % para 1 MVA x 1 Km com F.P. = 0,92
13.800 V
Condutor Aluminio
Seção AWG/MCM
23.000V
Estrutura N
Estrutura M e B
Estrutura N
Estrutura M e B
Número de Fases
Número de Fases
Número de Fases
Número de Fases
2
3
2
3
2
3
2
3
8
2,514
1,249
2,5
1,243
0,905
0,45
0,9
0,447
6
1,659
0,822
1,645
0,815
0,597
0,296
0,592
0,294
4
1,128
0,556
1,114
0,55
0,406
0,2
0,401
0,198
2
0,787
0,386
0,773
0,379
0,283
0,139
0,278
0,137
1/0
0,565
0,275
0,551
0,268
0,203
0,099
0,198
0,097
2/0
0,486
0,235
0,472
0,229
0,173
0,085
0,17
0,082
4/0
0,372
0,178
0,358
0,172
0,134
0,064
0,129
0,062
Fonte: (CEEE, 2013)
O quadro 12 mostra os coeficientes de queda de tensão na rede primária com
os condutores de alumínio.
Quadro 12 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio
Coeficiente de queda de tensão, em % para 1 MVA x 1 Km com F.P. = 0,92
13.800 V
Condutor Aluminio
Seção AWG/MCM
23.000V
Estrutura N
Estrutura M e B
Estrutura N
Estrutura M e B
Número de Fases
Número de Fases
Número de Fases
Número de Fases
2
3
2
3
2
3
2
3
4
1,693
0,838
1,679
0,832
0,609
0,302
0,604
0,3
2
1,134
0,559
1,12
0,553
0,408
0,201
0,403
0,199
1/0
0,784
0,384
0,77
0,378
0,282
0,138
0,277
0,136
3/0
0,562
0,273
0,548
0,267
0,202
0,098
0,197
0,096
4/0
0,482
0,233
0,468
0,227
0,173
0,084
0,168
0,082
336,4
0,365
0,174
0,351
0,168
0,168
0,063
0,126
0,061
Fonte: (CEEE, 2013)
O quadro 13 mostra os coeficientes de queda de tensão na rede primária com
os condutores de alumínio cobertos em redes compactas.
43
Quadro 13 - Coeficiente de queda de tensão com condutores de alumínio
Coeficiente de queda de tensão, em % para
1 MVA x 1 Km - Frequência 60 Hz
F.P. = 0,92
Condutor Protegido
XLPE
13.800 V
23.000 V
3 x 50 mm²
0,462
0,168
3 x 150 mm²
0,068
3 x 185 mm²
0,156
Fonte: (CEEE, 2013)
3.2.1.1 Trifásica
Para os cálculos desses coeficientes unitários de queda de tensão são
utilizadas as equações básicas de um circuito trifásico, genericamente representado
pela figura 5, onde:
VS – tensão fase-neutro na fonte, (V);
VR – tensão fase-neutro na carga, (V);
IA, IB, IC – corrente de fase, (A);
RF – resistência do condutor de fase, (Ω/km);
XF – reatância indutiva do condutor de fase, (Ω/km);
RN – resistência do condutor de neutro, (Ω/km);
XN – reatância indutiva do condutor de neutro, (Ω/km);
ZL – impedância da carga, (Ω);
Cos θ - fator de potência da carga;
ZT – impedância de aterramento no neutro da carga, (Ω);
ID – corrente de desequilíbrio, (A),
IN – corrente no condutor neutro da rede, (A);
IT – corrente que flui do neutro da carga para a terra, (A).
44
Figura 5 - Representação de um circuito trifásico
IA
RF
XF
IB
RF
XF
3VS
ZL
3VR
3VR
3VS
3VS
IC
VS
3V R
RF
XF
XN
RN
IN
ID
VR
IT
ZT
n
Fonte: (KAGAN Nelson, 2010)
Nos sistemas de distribuição trifásicos, caso existam cargas monofásicas e
trifásicas, a preocupação fundamental é distribuí-las convenientemente entre as fases,
de maneira a se manter, sempre que possível, o circuito bem próximo da condição de
equilíbrio.
Este propósito pode ser alcançado, já que o uso de critérios adequados de
projetos do sistema e controle da carga via medições diretas ou através de processos
computacionais, possibilita a minimização de desequilíbrios de corrente, efetuando-se
reajuste de carga entre as fases (KAGAN Nelson, 2010).
Considerando-se então, na figura 5, que a carga atendida seja equilibrada,
isto é IN=0 e IA=IB+IC+IF, a equação (16) e (17), geral do circuito monofásico
equivalente torna-se:
V&S = V&R + I& F . Z F
(16)
Que pode ser escrita, por aproximação:
VS = VR + I F .( RF . cosθ + X F . sen θ )
(17)
45
O coeficiente unitário de queda de tensão, em % / (MVA x km), corresponde
à queda de tensão percentual em um circuito com 1 km de extensão, atendendo, no
seu extremo, uma carga igual a 1MVA, sendo dado pela expressão (18):
G=
(VS − VR )
.100
VS
(18)
Neste caso, RF e XF representam a resistência e reatância do condutor fase
em ohm/km, onde a corrente correspondente à carga trifásica de 1MVA, sendo dado
pela expressão (19):
10 6
IF =
3.V R
(19)
Pegando-se esta expressão de IF e a substituindo na equação de VS irá
resultar na expressão (20):
106
V − VS .VR +
( RF . cosθ + X F .senθ ) = 0
3
2
R
(20)
Que é a equação geral para a determinação de coeficiente unitário de queda
de tensão em circuitos trifásicos equilibrados (KAGAN Nelson, 2010).
Normalmente, toma-se VS igual a tensão nominal de circuito, determina-se VR
e posteriormente G.
Assim sendo, de maneira geral, a queda de tensão percentual ∆V em um
circuito de comprimento d (em km), atendendo no seu extremo uma carga W (em
MVA), sendo dado pela expressão (21):
∆V = G . d . W (%)
(21)
46
3.2.1.2 Monofásica
3.2.1.2.1 Sistema Monofásico fase-fase Derivado de um circuito Trifásico
Este sistema pode ser analisado de forma semelhante à utilizada para o
trifásico, conforme analisado no item 3.2.1.1, obtendo-se a seguinte equação (22):
106
V − VS .VR +
[(RF + K.RN ).cosθ + ( X F + K.X N ).senθ ] = 0
2
2
R
(22)
Onde K representa uma relação entre a corrente que flui pelo neutro da rede
e a corrente de desequilíbrio, sendo dado pela expressão (23):
K=
IN
ID
(23)
Na prática, usa-se K=0,75.
3.2.1.2.2 Sistema Monofásico fase-neutro Derivado de um circuito Trifásico
De forma semelhante ao analisado no item 3.2.1.2.1 pode-se chegar à
equação geral (24), para determinação de coeficientes unitários de queda de tensão,
nos sistemas monofásicos do tipo fase-neutro (KAGAN Nelson, 2010):
V R2 − V S .V R + 10 6 [( R F + K .R N ). cos θ + ( X F + K . X N ). sen θ ] = 0
Onde K é a constante.
(24)
4 REGULADORES DE TENSÃO
4.1 Introdução
Atualmente com vários estudos realizados e com as tecnologias na área da
distribuição de energia, muitos problemas são resolvidos para atender os níveis de
tensão, utilizando o recondutoramento, instalando bancos de capacitores ou a
instalação de reguladores de tensão.
4.2 Recondutoramento
Uma das grandes perdas no sistema de distribuição de energia é por perdas
de transporte resultando na perda de energia injetada e a faturada. É comum obter
resultados das perdas acima de 10% na distribuição, devido à seção inadequada dos
condutores, idade das redes, desbalanceamento das cargas, fator de potência
inadequado, entre outros.
Uma das alternativas consiste no recondutoramento da rede principal dos
alimentadores das distribuidoras de energia elétrica, substituindo os condutores em
condições precárias ou sem capacidade de condução, favorecendo para a melhoria
do sistema, confiabilidade, flexibilidade e segurança, onde cada tipo de condutor tem
suas características; resistência por comprimento, reatância por comprimento,
máxima capacidade de corrente e custo de construção por longitude (WEGARTIGOS,
2015).
O recondutoramento de circuitos existentes é determinado pelo custo de
investimento, em que o custo de investimento depende do tipo de condutor inicial e
do tipo de condutor final, ou seja, o tipo de condutor existente e o tipo de condutor a
ser instalado, pois tendo um condutor de seção inadequada e tendo um alimentador
de grande extensão e com uma grande carga pode afetar e muito no nível de tensão
para os consumidores.
Na figura 6 é apresentado um tipo de cabo de alumínio com alma de aço
(SOUSA, 2015).
48
Figura 6 - Cabo de Alumínio com Alma de Aço
Fonte: (PLENOBRAS, 2015)
4.3 Capacitores
Com o aumento da demanda dos sistemas de distribuição, o gerenciamento
da potência reativa tem se tornado cada vez mais importante para as empresas
distribuidoras que necessitam manter as tensões dentro dos limites pré-estabelecidos
e minimizar as perdas no sistema, garantindo assim uma qualidade no fornecimento
de energia e confiabilidade para o consumidor.
Nos meados da década de 50, os capacitores eram instalados próximos das
subestações, mas com o surgimento de equipamentos de menor potência e com um
porte menor poderiam ser instalados nos postes nas redes de distribuição mais perto
das cargas. Atualmente podem ser encontrados basicamente dois tipos de bancos de
capacitores; fixos e os automáticos, os bancos fixos ficam ligados sempre na rede, já
os automáticos são ligados e desligados por meio de comando onde é controlado por
um relé.
O objetivo da instalação de bancos de capacitores na rede de distribuição
primária é elevar o fator de potência do sistema, e aproveitando também das
vantagens deste procedimento, para a redução do carregamento dos transformadores
das subestações e nos alimentadores, melhorando a estabilidade do sistema e
aumentando o nível de tensão nas redes (YAMAKAWA, 2007) (FRAGOAS, 2008).
Os capacitores podem ser compreendidos em dois tipos; capacitor em série e
os capacitores em derivação. O primeiro compensa diretamente a reatância indutiva
49
do circuito em que se instala, já o segundo compensa a potência reativa exigida
naturalmente pelas cargas.
Capacitores em série compensa a reatância indutiva da linha, portanto ele tem
como primeiro efeito a redução, ou até a eliminação completa da queda de tensão
causada pela reatância indutiva do circuito. O capacitor em série pode ser considerado
um regulador de tensão que produz uma elevação de tensão que aumenta automática
e instantaneamente quando a carga cresce, isso acontece porque a tensão sobre o
capacitor série é proporcional a corrente de linha, que é a que efetivamente passa por
ele.
O capacitor levanta o nível de tensão com muito mais eficiência que o
capacitor em derivação se o fator de potência é baixo, que é justamente quando a
queda de tensão é maior. Entretanto o capacitor série corrige muito menos o fator de
potência que o capacitor em derivação e tem pouquíssima efeito sobre a corrente de
linha.
Os capacitores em derivação são usados extensivamente em sistemas de
distribuições e fornecem potência ou corrente reativa em contraposição as cargas do
sistema, que em geral são indutivas. Os capacitores têm o mesmo efeito que um
gerador ou motor síncrono sobrexcitado.
A amplitude da corrente da fonte diminui, o fator de potência aumenta e
consequentemente a queda de tensão entre os extremos do alimentador diminui.
Contudo ao contrário do capacitor em série, o capacitor em derivação não tem efeito
sobre a corrente ou o fator de potência antes de seu ponto de instalação.
A localização mais adequada do capacitor em derivação é junto da carga a
ser compensada, os consumidores grandes e médios são pressionados a fazer isso,
sob pena de pagarem multa. A instalação de capacitores por parte do consumidor não
evita a necessidade desses equipamentos serem instalados também nas subestações
e ao longo dos alimentadores, onde o capacitor em derivação é a fonte mais
econômica que existe, com a vantagem de poder se instalar próximas de onde a
demanda ocorre.
Conforme a figura 7 pode-se verificar um banco de capacitores utilizados nas
redes de distribuição.
50
Figura 7 - Banco de Capacitores
Fonte: (UTILI, 2015).
4.4 Tap
A alteração do tap do transformador é muito usada nas redes de distribuição,
é uma maneira de alterar o nível de tensão tanto para elevar ou para rebaixar, com
isso pode beneficiar a todos os consumidores atendidos por este transformador. Para
uma situação localizada esta é uma maneira rápida e eficaz para solucionar esse
problema.
A variação da relação entre as espiras de um transformador quando se deseja
controlar a tensão em um dos terminais de um transformador é conhecida como tap,
onde o mesmo pode ser variado manual ou automaticamente. Caso a variação seja
automática a tensão num dos terminais é comparada a uma referência e o erro é
utilizado para gerar um sinal que corrige a posição do tap (WEBENSINO, 2015).
Caso o tap do transformador esteja fora da posição nominal a relação de
transformação deve ser representada. Caso ocorra mudança de “tap” tal que a
expressão (25) (WEBENSINO, 2015).
2 → 2 + ∆ 2
(25)
A nova relação de transformação sendo dado pela expressão (26):
Z→
1
N2 + ∆N2
(26)
51
A figura 8 apresenta uma relação de transformação de tensão.
Figura 8 - Tap Relação de Transformação
Fonte: (webensino.unicamp.br/disciplinas-aula18)
4.5 Reguladores de Tensão
4.5.1 Introdução
Os reguladores de tensão são instalados ao longo dos alimentadores para
elevar os níveis de tensão e diminuir a flutuação que existe nas redes de distribuição,
minimizando estes efeitos para o consumidor.
O Regulador de Tensão RT é um equipamento destinado a manter um
determinado nível de tensão na rede de distribuição, são usados frequentemente em
redes urbana ou rural, para regular a tensão em cada fase da rede separadamente,
visando com isso manter a tensão dentro de uma faixa de valores pré-estabelecidos,
respeitando os limites seguros de operação nos pontos de carga. É importante
salientar que o RT é um dos equipamentos mais úteis nas concessionárias de energia
elétrica para obter e manter uma boa qualidade no fornecimento de energia elétrica
(SZUVOVIVSKI, 2008).
Um regulador de tensão é mais conhecido como um autotransformador com
muitos TAP’s e sua configuração de operação pode ser tanto elevador de tensão como
abaixador de tensão, pelo meio da inversão das bobinas no secundário. Existe um
circuito específico que faz o controle dessa comutação ajustando de acordo os TAP’s,
quando violar a tensão de saída do regulador alterando os limites predeterminados.
52
Geralmente as distribuidoras de energia utilizam os reguladores agrupados
em três unidades monofásicas ligadas em ∆ ou Y formando um banco trifásico. Este
agrupamento é que permite a regulação independente de cada uma das fases.
(PEREIRA, 2009).
4.5.2 Tipos de Regulador de Tensão
4.5.2.1 Regulador de Tensão Autobooster
São equipamentos monofásicos e geralmente poucos usados nas redes de
distribuição, porém são muito mais simples possuindo apenas 4 tapes de 1,5% a 2,5%
cada, totalizando uma capacidade de 6% a 10%, portanto esses reguladores de
tensão têm como característica não elevar e abaixar a tensão ao mesmo tempo.
Conforme a figura 9, o regulador de tensão está configurado como elevador
de tensão, conforme chave na posição R (raise), sendo que diagrama à direita é uma
simplificação do diagrama da esquerda (FELBER, 2010).
Figura 9 - Esquemático do regulador Autobooster configurado como elevador de tensão.
Fonte: (FELBER, 2010)
Já na figura 10, o regulador de tensão está configurado como abaixador de
tensão, conforme chave na posição L (lower), sendo que o diagrama à direita é uma
simplificação do diagrama da esquerda.
53
Figura 10 - Esquemático do regulador Autobooster configurado como abaixador de tensão.
Fonte: (FELBER, 2010)
Conforme demonstrado nas figuras 9 e 10 o regulador Autobooster não possui
a capacidade de elevar e abaixar tensão consecutivamente, onde o ajuste deve ser
feito previamente. Devido a esse tipo de característica de só fazer uma função na
operação e do baixo custo, normalmente esses reguladores são usados em redes
rurais de distribuição, em área de baixa densidade de carga, sendo mais usados como
elevador de tensão (FELBER, 2010).
4.5.2.2 Regulador de Tensão de 32 Degraus
São normalmente usados como trifásicos, ligados em estrela aterrada, ou em
triângulo podendo ser transformadores reguladores com uma configuração
(138/13,8kV +/- 10%), ou reguladores de tensão com outro tipo de configuração
(13,8/13,8kV +/- 10%), com isso considerando como equipamentos de 32 degraus ou
tapes, na maioria das vezes sendo usada frequentemente como saída de tensão.
O regulador de tensão é um equipamento que mantém um nível de tensão
pré-determinado em uma linha de distribuição, com a flutuação de tensão e as
variações de carga na linha, a comutação do tap se torna automática através de um
comutador sob carga. Os 32 degraus são denominados como sendo os tap onde a
variação é dividida em até 32 tapes, 16 tapes para abaixar a tensão e 16 tapes para
elevar a tensão), com isto pode ter uma variação de +/-0,65% em cada tap, totalizando
54
no final uma variação na tensão em +/-10% da tensão de alimentação (FELBER,
2010).
O regulador de tensão na maioria das vezes possui um relé regulador de
tensão, onde esse relé percebe o exato momento para aumentar ou diminuir a tensão
de alimentação. Para isso a tensão de alimentação é medida através de um
transformador de potencial e faz a comparação com um nível de tensão já préajustado no relé sensor de tensão. Ficando a tensão fora dos parâmetros que foram
pré-definidos, é iniciada uma temporização (tempo morto). Após esse tempo, é
enviado um sinal para acionamento da chave de comutação de tensão, com isso o tap
faz o ajuste elevando ou rebaixando a tensão na linha (FELBER, 2010).
Conforme a figura 11 pode-se entender o esquema de funcionamento de um
regulador de elevador de tensão.
Figura 11 - Regulador de Tensão Elevador
Fonte: (Wikipediahttps - https://pt.wikipedia.org/wiki/Reguladordetens; disponível, 2016)
Conforme a figura 12 pode-se entender o esquema de funcionamento de um
regulador de abaixador de tensão.
Figura 12 - Regulador de tensão Abaixador
Fonte: (Wikipediahttps - https://pt.wikipedia.org/wiki/Reguladordetens; disponível, 2016)
55
Adicionando taps à bobina "C" como mostra a figura 13, passa-se a ter
degraus de tensão. Utiliza-se um reator para que não exista interrupção do circuito
enquanto existe transição entre os taps.
Figura 13 - Regulador de tensão Tipo A com Reator
Fonte: (Wikipediahttps - https://pt.wikipedia.org/wiki/Reguladordetens; disponível, 2015).
O enrolamento 1, chamado de enrolamento de excitação (enrolamento B),
induz uma tensão no enrolamento 2 (enrolamento C), também conhecido por
enrolamento de taps ou regulação.
Na figura 14, o TP4 (transformador de potencial) instalado do lado da carga,
envia um sinal para o controle regulador de tensão que posiciona os terminais do
reator 3 na posição adequada para manter a tensão na carga constante. A chave
inversora de polaridade determinará se o regulador elevará ou diminuirá a tensão,
sendo que o seu controle é feito pelo controle regulador. O TC5 (transformador de
corrente) instalado do lado da carga enviará ao controle regulador um sinal de
carregamento da linha, possibilitando a compensação de quedas de tensão que
ocorram no sistema.
Figura 14 - Regulador de tensão Tipo A com Relé (controle)
Fonte: (Wikipediahttps - https://pt.wikipedia.org/wiki/Reguladordetens; disponível, 2015).
56
Geralmente as distribuidoras de energia utilizam os reguladores agrupados
em três unidades monofásicas ligadas em ∆ ou Y formando um banco trifásico. Este
agrupamento é que permite a regulação independente de cada uma das fases.
A figura 15 demonstra como é feita a ligação com conexão estrela aterrado.
Figura 15 - conexões estrela
Fonte: (wikiwand.com - http://pt/Reguladordetensãodemédiatensão; disponível, 2016).
A figura 16 abaixo demostra como é feita a ligação com conexão delta.
Figura 16 - conexão em delta
Fonte: (wikiwand.com - http://pt/Reguladordetensãodemédiatensão; disponível, 2016).
57
A figura 17 abaixo mostra como é a parte interna da comutação de um
regulador de tensão após cada mudança de Taps.
Figura 17 - Taps Interno do Regulador de Tensão
Fonte: (BLATT, 2016).
Na figura 18 é mostrado como é o compartimento interno de um regulador de
tensão.
Figura 18 - Regulador de Tensão Parte Interna
Fonte: (BLATT, 2016).
5 ESTUDO DE CASO
5.1 Introdução
Nesse capítulo será feita uma análise de queda de tensão em um alimentador,
considerando um circuito padrão dentro da cooperativa de distribuição de energia,
onde a maioria de seus consumidores são rurais e poucos consumidores com cargas
comerciais ou industriais. A demanda máxima de consumo se concentra em dois
períodos, um dos horários na parte da manhã das 5:40 horas às 9:30, e outro período
onde atinge o máximo da demanda do dia na parte da tarde das 16:45 horas às 21:20
horas, dentro desses períodos que o nível de tensão oscila em torno da adequada,
precária e crítica.
A subestação transformadora abaixadora converte a tensão de um nível
maior para um nível menor, a mesma tem uma potência instalada de 3,5 MVA e
converte a tensão fornecida pela concessionária RGE (CPFL), de 23.1 kV para 13.8
kV. A concessionária supridora tem a obrigação de fazer a entrega da energia no
ponto de conexão dentro dos parâmetros estabelecidos no Módulo 8 do PRODIST.
O estudo a ser realizado consiste em analisar o nível de tensão num dos
alimentadores que deriva da subestação, para tal foram efetuados cálculos de quedas
de tensão em planilhas específicas e verificados as leituras feitas com um registrador
de tensão. A partir destas informações será possível analisar a melhor localização dos
reguladores de tensão dentro do alimentador para manter o nível de tensão dentro
dos parâmetros estabelecidos pela ANEEL.
5.2 Apresentação do Alimentador
O alimentador utilizado para fazer o estudo de caso tem uma extensão de
18,137 km como barramento principal (tronco), sendo que ao final do mesmo existe
um religador que atua no estado de operação normalmente aberto, tendo a função de
fazer manobras para poder interligar com outro alimentador. Esse alimentador se
localiza nos municípios de Três de Maio e Horizontina, e no decorrer do alimentador
derivam-se vários ramais que tem a finalidade de suprir consumidores nos diversos
lugares da área rural.
59
Na rede de distribuição são encontradas redes trifásicas, bifásicas e
monofásicas, sendo predominantes as redes monofásicas nas áreas rurais, tornando
mais complexo o controle para manter a carga equilibrada. O ponto mais distante da
subestação se encontra a 29 km e alimenta um transformador monofásico no final da
rede. Ao longo do trecho que compreende o alimentador em estudo, as redes são
mescladas por três tipos de cabos: o circuito principal é composto pelo cabo 1/0 CAA
até a metade do trecho, cerca de 9,135 km, o restante do tronco principal é formando
pelo cabo 2 CAA, e os ramais que derivam do circuito principal são compostos pelo
cabo 4 CAA.
O alimentador em questão possui vários equipamentos instalados no decorrer
de toda a rede, um religador 474 que está na saída para coordenação e proteção da
subestação, dois bancos de regulador de tensão, uma localizada na saída da
rebaixadora e a outra BRT instalada no decorrer do alimentador a cerca de 9,135 km
da saída do rebaixadora. Além disto possui mais 64 equipamentos utilizados para
proteção de todo o circuito, entre eles chaves fusíveis monofásicas, bifásicas e
trifásicas.
Os equipamentos como transformadores trifásicos e monofásicos também
fazem parte do circuito elétrico, os transformadores trifásicos são compostos por 24
equipamentos instalados com diversas potências, 15 kVA, 30 kVA, 45 kVA, 75 kVA,
112,5 kVA e 150 kVA, já os transformadores monofásicos estão distribuídos em todo
o circuito num total de 243 equipamentos, com potências instaladas de 3 kVA, 5 kVA,
7,5 kVA, 10 kVA, 15 kVA, 20 kVA, 25 kVA e 37,5 kVA.
Os transformadores monofásicos são conectados na rede de média tensão
por apenas uma fase e sua saída no secundário com uma configuração de duas fases
220/440V. No entanto, os consumidores têm a opção em efetuar uma ligação
monofásica ou bifásica, onde a bifásica é considerada a ligação de duas fases de
220V, ficando uma tensão entre fases de 440V.
Conforme os dados informados observam-se que no circuito da figura 19,
usado para efetuar o estudo de caso, está sendo demostrado o alimentador com ponto
de conexão com a rede da RGE, pela subestação rebaixadora a SE, pelos pontos
utilizados para efetuar os cálculos de queda em torno do trecho, no entanto o ponto
SE foi considerado o início e o H ficou analisado como sendo o último ponto de estudo
para os cálculos de queda de tensão.
60
Figura 19 - O circuito utilizado para fazer o estudo de caso
Fonte: (USEALL - MIG, 2016).
5.3 Análise do Comportamento de Carga
A carga do alimentador tem um comportamento típico de uma rede rural onde
os consumidores têm suas atividades voltadas para a produção de leite em pequenas
propriedades, utilizando basicamente o uso de equipamentos de ordenha,
refrigeração e higienização, onde o somatório de todos estes consumidores acaba
sendo predominante na característica do comportamento diário da curva de carga
total. A maior carga do alimentador está em torno de dois períodos de atividade
produtiva dos consumidores, como na parte da manhã das 5:40 horas às 9:30, e a
outra na parte da tarde das 16:45 horas às 21:20 horas.
A carga total instalada do alimentador em estudo, considerando todos as
potências dos transformadores trifásicos como também dos monofásicos, atinge 3,5
MVA de potência. Já a potência máxima medida do alimentador ficou em 921 kVA e
mínima em torno de 244 kVA, esses valores da potência medidos foram obtidos após
a instalação de um registrador de média tensão, capaz de captar grandezas elétricas
61
como potência, tensão e corrente. Através deste registrador é que foi possível realizar
a análise da demanda máxima e mínima do alimentador.
A figura 20 apresenta o valor de demanda máxima e mínima feita num período
de dois dias para verificar o comportamento da demanda no alimentador utilizado para
o estudo.
Figura 20 - A demanda máxima e mínima medida no alimentador
St(kVA)
1000
900
800
700
600
500
St(kVA)
400
300
200
100
15:42:00
16:42:00
17:42:00
18:42:00
19:42:00
20:42:00
21:42:00
22:42:00
23:42:00
00:42:00
01:42:00
02:42:00
03:42:00
04:42:00
05:42:00
06:42:00
07:42:00
08:42:00
09:42:00
10:42:00
11:42:00
12:42:00
13:42:00
14:42:00
15:42:00
16:42:00
17:42:00
18:42:00
19:42:00
20:42:00
21:42:00
22:42:00
23:42:00
00:42:00
01:42:00
02:42:00
03:42:00
04:42:00
05:42:00
06:42:00
07:42:00
08:42:00
09:42:00
10:42:00
11:42:00
12:42:00
13:42:00
14:42:00
0
Fonte: (BLATT, 2016).
5.4 Queda de Tensão sem Regulador
Conforme algumas características já apresentadas do alimentador, o circuito
principal foi considerado como barramento, onde o mesmo tem a extensão de 18,137
km, muitos ramais derivam do barramento principal, aumentando o índice de queda
de tensão em todo o alimentador. Um dos principais problemas é que as tensões na
rede não se mantêm constante, com isso os consumidores localizados no meio e no
final do circuito estão sujeitos a algumas varrições de tensão.
A tensão nominal que está definida na saída do transformador rebaixadora é
de 13.800 V, e através deste parâmetro de tensão nominal e juntamente com a
demanda retirada do circuito através das leituras do registrador, calculou-se as
62
quedas de tensão em todo o alimentador principal que foi considerado como o
barramento do circuito.
5.4.1 Tabela com os dados de queda
Os cálculos de queda de tensão foram explanados numa planilha específica
que é utilizada para realizar esses tipos de cálculos, a mesma é utilizada pelas
cooperativas de distribuição de energia, vinculadas na FECOERGS. Para os cálculos
de queda de tensão no alimentador em estudo foram utilizados fatores de demanda
obtidos a partir da carga instalada e da demanda medida.
Os valores utilizados consideraram inicialmente demandas com 25% da carga
máxima e 7% da carga mínima instalada, posteriormente adotou-se uma demanda de
50%. Neste segundo caso este percentual considerou o crescimento da demanda no
decorrer dos anos e atendendo o aumento da carga com a interligação com outro
circuito que é eventualmente interligado por manobras.
No quadro 14 será apresentado os cálculos na planilha de queda de tensão
com a demanda mínima do alimentador, no caso 7% da carga instalada.
Quadro 14 - A queda de tensão com a demanda mínima lida no alimentador
Fonte: (BLATT, 2016).
No quadro 15 será demostrado os cálculos na planilha de queda de tensão
com a demanda máxima do alimentador, no caso 25% da carga instalada.
63
Quadro 15 - A queda de tensão com a demanda máxima lida no alimentador
Fonte: (BLATT, 2016).
No quadro 16 visualiza-se os cálculos na planilha de queda de tensão com a
demanda máxima do alimentador, incluindo o crescimento da carga e de uma eventual
interligação, no caso considerando 50% da carga total instalada.
Quadro 16 - A queda de tensão com demanda máxima lida no alimentador e a interligação
Fonte: (BLATT, 2016).
64
5.4.2 Perfil de Queda de Tensão
No perfil de tensão analisa-se o comportamento da queda de tensão
graficamente, conforme a queda vai transcorrendo ao longo do alimentador os gráficos
denota-se que a tensão sofre muita queda no barramento, e com isso observa-se que
a mesma permanece dentro dos critérios estabelecidos pelo órgão regulador. Nos
gráficos vão estar delimitados os critérios de tensão como tensão adequada inferior,
adequada superior e a precária inferior, pois a tensão que ficar abaixo da precária é
considerada como crítica.
Na figura 21 será demonstrado o gráfico da tensão da demanda mínima onde
a tensão nominal foi baseada na saída da rebaixadora que está como 13.800 V, neste
caso observa-se que a tensão se manteve dentro dos parâmetros estabelecidos nas
normas de qualidade de energia elétrica.
Figura 21 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda mínima
15000
14500
14000
13500
Tensão
13000
Adeq. Inf.
Adeq. Sup.
12500
Precária
12000
11500
11000
SE
A
B
C
D
E
F
G
H
Fonte: (BLATT, 2016).
A figura 22 apresenta o gráfico da tensão para o valor de demanda máxima,
neste caso o perfil da tensão também se manteve dentro dos parâmetros da tensão
adequada, mas com uma queda de tensão considerável, assim ficando dentro dos
parâmetros estabelecidos nas normas de qualidade de energia elétrica.
65
Figura 22 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda máxima
15000
14500
14000
13500
Tensão
13000
Adeq. Inf.
Adeq. Sup.
12500
Precária
12000
11500
11000
SE
A
B
C
D
E
F
G
H
Fonte: (BLATT, 2016).
A figura 23 demonstra o gráfico da tensão da demanda máxima e da demanda
mínima de forma conjunta para fazer uma análise simultânea do perfil das duas
quedas de tensão.
Figura 23 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e da mínima no mesmo perfil
15000
14500
14000
Tensão Inf.
13500
Tensão Sup.
13000
Adeq. Inf.
Adeq. Sup.
12500
Precária
12000
11500
11000
SE
A
B
C
D
E
F
G
H
Fonte: (BLATT, 2016).
A figura 24 visualiza-se o gráfico da tensão com a demanda máxima,
considerando a possibilidade de crescimento e da interligação, neste caso o perfil da
66
tensão teve uma queda considerável, quase atingindo os patamares da tensão crítica,
ou seja, fora dos parâmetros estabelecidos como adequados pelas normas de
qualidade de energia elétrica.
Figura 24 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e com a interligação
15000
14500
14000
13500
Tensão
13000
Adeq. Inf.
Adeq. Sup.
12500
Precária
12000
11500
11000
SE
A
B
C
D
E
F
G
H
Fonte: (BLATT, 2016).
5.5 Definição do Ponto de Instalação do Regulador de Tensão
Conforme visto no coeficiente unitário de queda de tensão, no item 3.2.1.1
trifásico é apresentada a equação geral para determinar a queda de tensão em um
circuito trifásico equilibrado. Para definição do ponto ideal da instalação do banco
reguladora de tensão será efetuado os cálculos de queda de tensão, definindo que
não pode haver ultrapassagem de 7% de queda de tensão no trecho, conforme os
parâmetros estabelecidos no módulo 8 do PRODIST.
No entanto, para definir os cálculos de queda de tensão do alimentador foram
definidos dois pontos, o primeiro é composto pelo trecho com cabo 1/0 CAA, com uma
demanda de 1,8 MVA, com comprimento de 9,135 km. O ponto dois será determinado
pelo cabo 2 CAA, com uma demanda de 1,2 MVA e um trecho com comprimento de
9 km.
Na figura 25 apresenta um unifilar do alimentador com as distâncias e o tipo
de cabo.
67
Figura 25 - Unifilar do Alimentador e com as distâncias e o tipo de cabo
Fonte: (BLATT, 2016).
Assim sendo;
Dados dos cabos:
Cabo 1/0 CAA: R1 = 0,6960 Ω/km; X1 = 0,4654 Ω/km
Cabo 2 CAA: R2 = 0,6960 Ω/km; X2 = 0,4654 Ω/km
Fator de potência = 0,8
Onde, cabo 1/0 CAA;
G1 =
R1× cosθ + X 1× senθ
Vo
G1 =
0,6960 × 0,8 + 0,4654 × 0,6
13,8k
(27)
G1 = 0,06058kV / MVA/ km
Onde, cabo 2 CAA;
G2 =
G2 =
R 2 × cosθ + X 2 × senθ
Vo
1,0503 × 0,8 + 0,50422 × 0,6
13,8k
G 2 = 0,08281kV / MVA/ km
Assim a variação da queda de tensão, onde a ∆V é de 7%.
∆V = 13,8k × 0,07
∆V = 966V
(28)
68
Definindo o primeiro ponto da queda de tensão estabelecida pelo 7%.
∆V = G1 × l × S
l=
∆V
G1× S
l=
0,966
0,06058 ×1,8
(29)
(30)
l = 8,86km
Definindo o segundo ponto da queda de tensão estabelecida pelo 7%.
∆V = G 2 × l × S
l=
∆V
G2 × S
l=
0,966
0,08281×1,2
(31)
(32)
l = 9,72km
5.6 Queda de Tensão com Regulador
Conforme já demonstrado, o trecho principal foi considerado como o
barramento do circuito, o qual possui uma extensão de 18,137 km. O ponto ideal de
instalação do regulador foi definido nos critérios do cálculo de queda de tensão, e está
localizado a 8,86 km da saída da rebaixadora. Como as tensões não se mantêm
constante em todo o trecho, foi instalado o regulador de tensão para elevar a tensão,
com isso os consumidores localizados no meio e no final do circuito não estaria sujeito
a grandes variações de tensão.
No entanto, a tensão nominal que está definida na saída do transformador
rebaixadora é de 13800 V, desta forma se calculou as quedas de tensão em todo o
trecho principal que foi considerado como o barramento do circuito a partir deste
ponto. Como a carga considerada é a mesma, bem como a corrente, os índices de
69
queda permaneceram os mesmos, no entanto, só alterou a tensão que será elevada
a partir do banco de reguladora de tensão, instalada no trecho definido nos cálculos
de queda de tensão.
5.6.1 Tabela com os dados de queda
Os cálculos de queda de tensão com o banco regulador instalado foram
efetuados da mesma forma que na análise sem o mesmo. Os fatores de demanda
utilizados também consideraram a carga instalada e a demanda instantânea máxima
medida.
Para os cálculos de queda de tensão com o banco de regulador instalada, os
fatores de demanda utilizados são os mesmos, ou seja, inicialmente considerou-se o
valor de 25% da carga instalada e valor mínimo de 7% da mesma. Posteriormente, os
cálculos foram refeitos para o valor de 50% da carga instalada.
O quadro 17 apresenta os cálculos na planilha de queda de tensão com a
demanda mínima do alimentador, ou seja, 7% da carga instalada.
Quadro 17 - A queda de tensão com a demanda mínima lida no alimentador
Fonte: (BLATT, 2016).
O quadro 18 denota-se os cálculos na planilha de queda de tensão com a
demanda máxima do alimentador, ou seja, 25% da carga instalada.
70
Quadro 18 - A queda de tensão com a demanda máxima lida no alimentador
Fonte: (BLATT, 2016).
O quadro 19 demostra os cálculos na planilha de queda de tensão com a
demanda máxima do alimentador, incluindo o crescimento e a carga da interligação,
ou seja, 50% da carga instalada.
Quadro 19 - A queda de tensão com demanda máxima lida no alimentador e a interligação
Fonte: (BLATT, 2016).
71
5.6.2 Perfil de Queda de Tensão
No perfil de tensão pode-se observar o comportamento da queda de tensão
nos gráficos com a instalação do regulador de tensão instalado no ponto da queda
definida através dos cálculos efetuados. Conforme os pontos vão se distanciando da
fonte supridora no alimentador, os gráficos vão mostrando se a tensão sofre muita
queda no barramento, incluindo aqui a análise com o regulador já instalado, atuando
nos casos em que a queda de tensão possa passar nos períodos críticos, e com isso
observar se que a tensão permanece dentro dos parâmetros de queda de tensão
conforme ANEEL. Nos gráficos vão estar delimitados os critérios de tensão como
tensão adequada inferior, adequada superior e a precária inferior.
A figura 26 apresenta o gráfico da tensão com o valor de demanda mínima,
onde a tensão nominal na saída da rebaixadora está como 13800 V, e o ponto do
regulador de tensão ficará instalado a 8,86 km da rebaixadora, conforme estabelecido
nos cálculos de queda de tensão. Para fins de atuação em casos de necessidade de
elevação da tensão, a demanda mínima manteve-se dentro dos parâmetros
estabelecidos nas normas de qualidade de energia elétrica.
Figura 26 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda mínima com regulador
Fonte: (BLATT, 2016).
72
A figura 27 demonstra o gráfico da tensão para a situação de demanda
máxima, neste caso o perfil da tensão também se manteve dentro dos parâmetros da
tensão adequada, mas com uma queda de tensão considerável até o ponto onde o
banco de regulador será instalado. Após este ponto a tensão se manteve equilibrada
e dentro dos parâmetros estabelecidos nas normas de qualidade de energia elétrica.
Figura 27 - O gráfico mostra a queda de tensão na demanda máxima com regulador
Fonte: (BLATT, 2016).
Figura 28 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e da mínima com regulador
Fonte: (BLATT, 2016).
73
Conforme mostrado na figura 28, o gráfico da tensão da demanda máxima e
da demanda mínima simultaneamente, para fazer uma melhor análise do perfil das
duas quedas de tensão no mesmo gráfico. No entanto pelos cálculos efetuados para
instalação do banco de regulador de tensão no trecho, sua localização foi definida a
8,86 km afastado da rebaixadora, onde pode se verificar que a queda de tensão se
manteve dentro dos parâmetros de tensão adequada.
A figura 29 verifica-se o gráfico do perfil da tensão, com um provável
crescimento da demanda, neste caso, inicialmente o perfil da tensão não se manteve
dentro dos parâmetros da tensão adequada e passou dos limites estipulados de 7%
de queda de tensão, entrando na posição de tensão precária. Com o ponto definido
nos critérios de cálculos para instalação do banco de regulador de tensão no trecho,
sua localização foi definida a 8,86 km afastado da rebaixadora.
Portanto esse ponto ficou definido no gráfico de perfil de tensão como sendo
o ponto “E”, com a instalação do banco de reguladora a tensão se eleva e evita que
entre nos patamares precários, com isso a tensão permanece dentro dos padrões
estabelecidos nos padrões de qualidade de energia elétrica.
Figura 29 - O gráfico mostra a queda de tensão da demanda máxima e com a interligação
Fonte: (BLATT, 2016).
74
5.7 Conclusões
Conforme demostrado neste estudo de caso algumas informações do
alimentador escolhido explanam que o comportamento da carga que oscila entre dois
períodos, atingindo valores de carga máxima e mínima. Os cálculos de queda de
tensão feitos para os trechos sob análise a partir de planilhas específicas para estes
cálculos, resultaram em percentuais de valores de queda de tensão, os quais foram
inseridos os gráficos em forma de perfil, para fazer uma melhor leitura dos gráficos.
Os gráficos nos mostraram dois perfis para efetuar a análise da tensão, um
apresenta a queda de tensão em todo o circuito sem entrar no banco de regulador de
tensão. A tensão tem uma queda gradativamente ao longo do alimentador, a demanda
máxima tem um comportamento mais acentuado na queda de tensão comparado com
a demanda mínima, mas a queda de tensão na demanda máxima mostra que a tensão
no gráfico ficou estabelecida dentro da tensão adequada inferior, se mantendo dentro
dos parâmetros estabelecidos pela ANEEL.
O gráfico da queda de tensão com a demanda máxima incluindo o
crescimento e a interligação, o comportamento do perfil nesse gráfico teve uma queda
maior e a tensão passou da adequada para precária. Nesta situação o nível de tensão
para os consumidores não será mais adequado, com isso os consumidores
localizados no meio e no final do circuito podem estar sujeitos às variações de tensão,
tendo problemas no ponto de conexão.
Os gráficos visualizam a queda de tensão com a definição nos cálculos de
queda definindo que o ponto ideal para instalação seria a 8,86 km de distância da
rebaixadora, no gráfico o ponto está demarcado na letra “E” que representa essa
distância calculada, identificando o ponto ideal para a instalação.
O banco de regulador de tensão no alimentador tem a finalidade de manter a
tensão dentro dos parâmetros estabelecidos, já a demanda mínima no gráfico não
teria a necessidade de um banco para regular a tensão elevando o nível já que a
queda de tensão não foi expressiva mantendo-se dentro dos parâmetros.
A queda de tensão na demanda máxima com a ajuda do regulador instalado
seria só para manter o ajuste da tensão, onde a tensão no alimentador teve uma
queda considerável, mas se manteve dentro dos parâmetros estabelecidos. Nesta
situação o regulador teria a função de elevar a tensão para os consumidores
75
localizados após o ponto definido pela instalação do banco, mantendo uma tensão
mais equilibrada para o funcionamento de seus equipamentos.
A queda analisada no perfil da demanda máxima com o crescimento e a
possibilidade da interligação, o ponto ideal de instalação definido pelos cálculos de
queda de tensão. Este ponto definido para os BRT estaria instalado no lugar adequado
conforme a demanda máxima adotada, onde pode-se observar no gráfico que a queda
de tensão está próxima da precária, mas o regulador de tensão eleva a tensão e
mantém o equilíbrio da mesma a partir deste ponto até o fim, deixando os
consumidores com o nível de tensão dentro dos parâmetros estabelecidos no
PRODIST Módulo 8 da agência reguladora ANEEL.
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS
6.1 Conclusão
A constatação de que um dos maiores desafios das concessionárias de
energia elétrica é atender os consumidores com níveis de tensão adequados motivou
a realização deste trabalho. A proposta deste trabalho foi fazer um estudo de caso
para verificar o melhor ponto de instalação dos bancos de reguladores, em um
alimentador que já possui dois bancos de regulador, uma na saída de uma subestação
rebaixadora e o outro BRT no meio do alimentador.
Considerando o BRT que está no meio do alimentador conforme os cálculos
apesentados, com os perfis dos gráficos, pode-se chegar em uma análise de que esse
BRT estaria bem localizado, conforme os cálculos de queda de tensão definindo como
sendo o ponto ideal naquele trecho, considerando que o nível de tensão permanecia
muito próximo a da saída do alimentador. Com isso deixando a tensão dentro dos
perímetros adequados, evitando a flutuação da tensão no consumidor, isso
propiciando aos equipamentos um melhor funcionamento e não correndo risco de
danificar o mesmo.
Conforme visto o BRT que está localizada no centro do alimentador, a tensão
de entrada e de saída não é elevação, com isso o regulador não trabalha elevando e
sim em poucos casos o tap fica entre -2 e 5, onde o banco deveria trabalhar para
manter a tensão elevada na saída, já que os reguladores instalados têm regulagem
de tap de -16 até + 16. A tensão de referência do BRT poderia ser ajustada para elevar
essa tensão, com isso a tensão de referência poderia ser ajustada para proporcionar
uma tensão mais elevada no alimentador do centro para o fim, proporcionando uma
tensão mais equilibrada e adequada para os parâmetros estabelecidos.
A análise do banco de regulador de tensão instalado na saída do
transformador rebaixadora que alimenta todo o alimentador em estudo, o mesmo
baseou se em torno das leituras do próprio banco. As leituras feitas com um
registrador instalado na saída do transformador rebaixadora e antes do banco de
regulador, permanecendo dois dias de leituras, em outro momento foi instalado o
mesmo registrador para fazer a coleta dos dados das leituras após o BRT, também
permanecendo dois dias de leituras. Com essas informações coletadas das leituras
77
pode-se observar, e analisar essas informações obtidas nesses dois pontos, em
seguida foi comparado as leituras nos dois pontos, antes e após o regulador de tensão
para se obter uma melhor análise do comportamento da tensão, onde a tensão de
entrada no BRT encontrar-se na maioria das vezes com tensão maior do que a tensão
na saída do banco de reguladores de tensão.
O banco na maioria das vezes trabalha rebaixando a tensão conforme os
dados extraídos do próprio regulador e das leituras, onde o tap fica nos pontos
negativos de atuação do regulador, com isso rebaixando a tensão no início do
alimentador tornando um grande risco de a tensão ficar fora dos parâmetros
estabelecidos da ANEEL. Os consumidores não podem ser afetados com problemas
de tensão em seus pontos de conexão devido a um equipamento instalado
inadequadamente em um ponto do alimentador.
No entanto, o estudo apresentado, após a análise das informações dos
cálculos das quedas de tensão, das leituras obtidas do registrador instalado com a
informação das tensões lidas, que o primeiro BRT está instalada no lugar não
apropriado, pois o BRT estaria rebaixando à tensão ao invés de fazer a função de
trabalhar como elevador de tensão. Neste sentido sugere-se retirar o BRT instalada
na saída do transformador rebaixadora, onde que a tensão nesse ponto do
alimentador não está elevada e sim dentro dos parâmetros estabelecidos pela ANEEL.
6.2 Sugestões para Futuros Trabalhos
Para trabalhos futuros sugiro que analisem o outro alimentador que deriva do
mesmo transformador rebaixadora, verificando se os BRT estão localizados nos
lugares adequados, e com isso fazer todo o estudo da demanda instalada e da
demanda lida. Verificar através dos cálculos as quedas de tensão, o ponto ideal da
localização dos reguladores de tensão, comparando com as tensões lidas do
registrador, se as tensões obtidas nos cálculos conferem com as tensões registradas
em campo. Esse trabalho seria de grande valia também, pois esse alimentador é de
grande importância, devido ao grande número de consumidores conectados a esse
alimentador, tudo isso deixando a tensão dentro dos perímetros adequados, evitando
a flutuação da tensão no consumidor e com isso propiciando aos consumidores um
bem-estar de vida.
78
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