METODOLOGIA UTILIZADA PARA MINIMIZAR O DESEQUILÍBRIO …

CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DOS CAMPOS GERAIS – CESCAGE http://www.cescage.edu.br/publicacoes/technoeng 3ª Edição/Jan – Jul de 2011

ISSN 2178-3586

METODOLOGIA UTILIZADA PARA MINIMIZAR O DESEQUILÍBRIO DE CORRENTES ENTRE FASES NOS CIRCUITOS ALIMENTADORES DE

DISTRIBUIÇÃO

METHODOLOGY USED TO MINIMIZE THE IMBALANCE OF CURRENT BETWEEN PHASES IN DISTRIBUTION FEEDERS CIRCUITS

Sadi Roberto Schiavon1; Gilnei Almeida de Souza2; Felipe Rautter Neto3 1Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais - CESCAGE – Ponta Grossa, Brasil.

[email protected] 2Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais - CESCAGE – Ponta Grossa, Brasil.

[email protected] 3Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais - CESCAGE – Ponta Grossa, Brasil.

[email protected] Resumo: Este artigo tem como objetivo apresentar uma metodologia de balanceamento (equilíbrio) de cargas/correntes em alimentadores de distribuição de energia elétrica, os quais são responsáveis por abastecer uma ou mais regiões, bem como atender os diversos clientes a eles ligados, clientes estes que poderão ser classificados como Industriais, Comerciais ou Residenciais. O sistema pode ser considerado “equilibrado” quando a corrente de “neutro”, percebida pelo equipamento de proteção e comando, não excede o valor adotado em seu ajuste de proteção.

Palavras-chave: proteção, desequilíbrio, distribuição, balanceamento. Abstract: This paper aims to present a methodology for balancing (balance) of cargo / feeder currents in power distribution, which are responsible for supplying one or more regions, as well as meet various clients connected to them, these customers that could be classified as Industrial, Commercial or Residential. The system can be considered "balanced" when the current "neutral", as perceived by the protective equipment and command shall not exceed the value adopted in its setting of protection.

Key-words: protection, balance, distribution, balancing. 1 CIRCUITOS ALIMENTADORES - DISTRIBUIÇÃO

As redes de distribuição de energia, conhecidas também por circuitos


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alimentadores, são disponibilizadas em tensões de 13,8kV ou 34,5kV (padrão

adotado pela Companhia de Energia XIS) e compostas por trechos nominados

de “tronco” e “ramais”, ou seja, são principais e secundários. Normalmente os

troncos dos alimentadores são trifásicos (três fases). Já os ramais podem ser

tanto trifásicos como monofásicos (em redes atendidas na tensão de 13,8kV –

duas fases; em redes atendidas na tensão de 34,5kV – uma fase). Os

alimentadores possuem dispositivos de proteção que são responsáveis por

desligar momentânea ou definitivamente, parte ou todo o circuito, quando de

ocorrências indesejadas que interferem no fornecimento continuado de energia

elétrica aos diversos clientes atendidos por estes.

Os dispositivos de proteção contra curto-circuito (fase-fase ou fase-terra)

podem ser automáticos (Disjuntores ou Religadores Automáticos) e manuais

(chaves-fusíveis ou chaves-fusíveis repetidoras).

Religadores automáticos são equipamentos de interrupção da corrente elétrica dotados de uma determinada capacidade de repetição em operações de abertura e fechamento de um circuito, durante a ocorrência de um defeito (JOÃO MAMEDE FILHO, 2005, P. 702).

Todos eles sensibilizados pela intensidade da corrente elétrica a que

estão ou são submetidos.

Com a expansão do sistema elétrico de distribuição, cargas

desequilibradas (ramais bifásicos e monofásicos) são continuamente ligadas à

rede, provocando problemas como o aumento das perdas técnicas de energia,

níveis indesejados de tensão, sobrecargas em condutores e equipamentos,

atuações indevidas de sistemas de proteção, etc. O controle natural destes

desequilíbrios consiste em se ligar tais cargas alternadamente nas fases ao

longo do alimentador, porém a sua operacionalização se mostra difícil, pois o

volume de obras a serem interligadas à rede de distribuição é muito elevado e

não se dispõe de indicativos de quais fases são mais adequadas para a ligação

de cada uma das novas cargas (ramais bifásicos e monofásicos). Com as

obras de reforço e ampliação do sistema de distribuição, exigidas pela

implantação do programa federal de eletrificação rural “Luz para Todos”, um


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número muito elevado de ramais bifásicos e monofásicos estão sendo

construídos pela Companhia XIS, sendo que as ligações destes ramais têm

provocado uma elevação considerável no grau de desequilíbrio das correntes

nas saídas dos alimentadores (subestação - SE) e ao longo destes (trecho).

Dispositivos de proteção são ajustados conforme as correntes que

circulam por eles, medidas ou calculadas de acordo com a carga instalada. A

atuação da proteção poderá ser associada ao desequilíbrio das correntes em

um alimentador. Por isso, ações para minimizar tais impactos são requeridas e

as mais comuns são as alterações dos ajustes da proteção. Neste momento se

faz necessária a redução do grau de desequilíbrio das correntes (entre fases)

para se preservar a segurança e atuação adequada da proteção quanto aos

níveis mínimos de curto-circuito estudados para o alimentador.

Na figura 1 podemos observar um alimentador representado num

diagrama unifilar, composto por uma fonte (barramento da SE), um religador

automático (R – dispositivo de proteção e comando), uma linha mais espessa

(tronco) e linhas mais finas (derivações ou ramais). Ainda compõem este

diagrama unifilar os transformadores e as chaves-fusíveis (dispositivos de

proteção e controle).

Figura 1 – Esquema unifilar básico de uma rede de distribuição

Fonte: Autoria própria (2011)

A figura 2 representa um diagrama trifilar contendo os mesmos

equipamentos da figura 1, porém com a possibilidade de identificar os trechos

do circuito atendido por sistemas monofásicos e trifásicos (dois e três fios).

Lembrando que o sistema monofásico a dois fios é característica do


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atendimento em tensão de 13,8kV.

Figura 2 - Rede de distribuição (13,8kV) - diagrama trifilar

Fonte: Autoria Própria (2011)

Em um alimentador de distribuição atendido na tensão de 34,5kV, além

da voltagem mais elevada, a outra característica que difere do sistema 13,8kV

é o circuito monofásico. Neste caso o atendimento é realizado com apenas um

fio (figura 3).

Figura 3 - Rede de distribuição (34,5kV) - diagrama trifilar

Fonte: Autoria Própria (2011)

Diante do exposto até aqui, temos, agora, a condição de analisar o

comportamento das correntes em alimentadores constituídos por sistemas


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trifásicos e monofásicos (sejam eles atendidos por um ou dois fios). Tais

correntes, como já descrito anteriormente, são conseqüência da forma como as

cargas são ligadas e da intensidade da potência demandada por elas.

Doravante, iremos expor a metodologia utilizada na Companhia XIS,

mais precisamente no âmbito de atuação da Região Sul do estado, quando

detectados problemas dessa natureza (desequilíbrio de cargas/correntes).

1. Softwares de apoio

Primeiramente iremos relacionar alguns aplicativos (programas) que nos

permitem monitorar grandezas elétricas dos alimentadores de distribuição:

Sistema SASE_VISU (R1.4) – Visualizador de Unifilares de SEs

O sistema SASE_VISU nos permite visualizar o unifilar dos barramentos

que compõem a subestação. Nestes barramentos estão distribuídos os

equipamentos de potência, regulação, operação e proteção (transformadores,

reguladores de tensão, bancos de capacitores, religadores automáticos,

chaves, entre outros) e a monitoração de grandezas elétricas (tensão, corrente,

potência, entre outros).

Na figura 4 podemos observar a tela inicial do sistema, com os dados da

subestação Beta.


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Figura 4 – Barramento SE/Beta – 34,5/13,8kV

Fonte: Companhia XIS – Sistema SASE_VISU (2011)

Sistema GASA (Versão 5.2.4P) – Gerência dos Alimentadores das Subestações Automatizadas

Trata-se de um software que disponibiliza gráficos de tensão (V) e/ou

corrente (A) a partir de informações enviadas pela automação (sistema de

monitoramento e operação de equipamentos em SE’s) ao Centro de Operação

do Sistema – COD.

Este sistema permite o monitoramento das grandezas elétricas (tensão,

corrente e potência), em um período estabelecido pelo usuário, dos circuitos

alimentadores de distribuição de uma determinada subestação. Neste caso, o

alimentador escolhido foi o Ípsilon (13,8kV), conforme mostra a figura 5, o qual

é objeto desse artigo.


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Figura 5 – Sistema GASA - Aplicativo

Fonte: Companhia XIS – Sistema GASA (2011)


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Uma vez selecionados os parâmetros desejados (Regional, Subestação,

Grandeza Elétrica, Alimentador e o período do registro) o resultado é um

gráfico (figura 6) que, neste caso, trata-se de um gráfico da grandeza corrente.

Figura 6 – Gráfico de Correntes - Alimentador Ípsilon (13,8kV)


O gráfico da figura 6 reflete a situação atual (MAI/2011) de equilíbrio de

cargas/correntes do alimentador Ípsilon (13,8kV), da subestação Ipiranga.

Mas não foi sempre assim. O município, que é atendido em parte pelo

alimentador Ípsilon, possui uma agricultura fumageira extensiva e este tipo de

cultura é sazonal. Após a colheita (geralmente no mês de novembro) o fumo

passa por um processo de secagem das folhas e, para tal, são utilizados fornos

(estufas) elétricos.

Com o aumento da demanda de energia, aparecem também os

problemas de desequilíbrio de correntes, ocasionando a atuação (abertura)

indesejada do dispositivo de proteção/manobra do alimentador (religador

automático na SE). Por tratar-se de desequilíbrio de correntes entre fases,

aparece um valor de corrente de neutro e o equipamento de proteção, que


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possui um ajuste (curva) estabelecido para tal, promove a abertura do circuito.

2. MEDIÇÕES DE CORRENTES E EQUILÍBRIO DE CARGAS

Uma vez constatado o desequilíbrio de correntes entre fases, num

circuito alimentador, deverão ser realizadas medições (correntes) no tronco e

em ramais (trifásicos ou monofásicos).

De acordo com o grau do desequilíbrio de correntes existente, adotamos

o método de indicação dos ramais que serão medidos, tendo como auxílio um

mapa que contém o circuito unifilar do alimentador e as medições são

efetuadas com um amperímetro (tipo garfo) que, acoplado a uma vara

telescópica (figura 7), nos permite medir os valores, em cada fase,

simultaneamente (demonstração de como efetuar a medição poderá ser

visualizada através do link: http://www.sensorlink.com/product?id=20#).

Figura 7 – Amperímetro AmpstikPlus

Fonte – www.sensorlink.com (2011) As medições são anotadas em planilha1 confeccionada em Excel,

contendo dados suficientes que identifiquem o local (chave ou ponto de

referência ao longo do alimentador) e o horário de cada medição efetuada. É

1 A planilha utilizada para anotações dos dados coletados em campo está no Anexo I (figura 9).


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conveniente salientar a importância da realização das medições em horários

distintos daqueles considerados como “horário de pico”.

Horário de ponta (P) Horário de ponta, ou “horário de pico”, é o período definido pela COPEL e composto por três horas diárias consecutivas, durante o qual o consumo de energia elétrica tende a ser maior. No caso da Copel, de 2ª a 6ª feira das 18h às 21h (das 19h às 22h no Horário de Verão). São considerados exceções os sábados, domingos, terça-feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, "Corpus Christi" e demais feriados definidos por lei federal, considerando as características do seu sistema elétrico (COPEL, disponível em http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2F0%2FC8C0FB31C7B9BD93032573F700549161).

Neste caso, por tratar-se de alimentador rural, a característica da carga

é basicamente residencial, porém, não se pode desprezar a contribuição das

estufas de fumo que, no período, estão em plena atividade de secagem do

produto.

De posse das medições efetuadas e dos dados extraídos dos softwares

de apoio analisam-se as possibilidades de inversão das fases que poderão

contribuir com o equilíbrio das correntes que convergem até o equipamento de

proteção (religador automático) instalado na subestação e, em alguns casos,

ao longo do alimentador.

A figura 8 exemplifica as ações corretivas aplicadas ao alimentador

Ípsilon, evidenciando a mudança do comportamento das correntes com

conseqüente melhora (redução) no desequilíbrio entre as três fases do

alimentador.

Figura 8 – Alimentador Ípsilon (13,8kV)


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Antes Depois


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Anexo I

Figura 8 – Material de Apoio – Planilha de acompanhamento das medições

Ípsilon


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Fonte: Autoria Própria (2007) 3. CONCLUSÃO

É notória a necessidade de equilíbrio entre as correntes por fase, num

sistema composto por circuitos trifásicos e monofásicos, para que os

equipamentos de proteção operem de acordo com o estudo de proteção

realizado para cada alimentador. Isto se faz necessário, pois as

concessionárias de energia elétrica devem atender as metas dos Indicadores

de Continuidade do Fornecimento (DEC – Duração Equivalente por

Consumidor e FEC – Freqüência Equivalente por Consumidor), propostos pelo

órgão regulador do setor (ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica), mas,

sobretudo, devem se preocupar com a segurança dos seus clientes e

funcionários, referente ao risco oferecido pelo produto (energia elétrica).

A ANEEL estabelece limites para os indicadores de continuidade individuais. Eles são definidos para períodos mensais, trimestrais e anuais. Quando há violação desses limites, a distribuidora deve compensar financeiramente a unidade consumidora. A compensação é automática, e deve ser paga em até 2 meses após o mês de apuração do indicador (mês em que houve a interrupção). As informações referentes aos indicadores de continuidade estão disponíveis na fatura de energia elétrica (ANEEL, disponível em http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=79&idPerfil=2).

Contudo, a atividade de balanceamento de cargas poderá ser

minimizada caso exista um rigoroso processo de planejamento, envolvendo as

áreas competentes, que defina em quais fases deverão ser ligadas as novas

cargas (monofásicas a um ou dois fios), pois, dependendo da quantidade de

cargas e extensão da ampliação do circuito, poderão ser prejudiciais ao correto

desempenho dos equipamentos de proteção e comando instalados em

subestações e ao longo da malha do alimentador.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, Distribuição de Energia Elétrica, Qualidade do Serviço. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=79&idPerfil=2>. Acesso em 15 de maio de 2011.


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ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, Distribuição de Energia Elétrica, Glossário. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/biblioteca/glossario.cfm?att=H>. Acesso em 16 de maio de 2011. COPEL - Companhia Paranaense de Energia, Sustentabilidade, Programas de Acesso Universal a Energia. Disponível em: <http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2Fdocs%2FD671C8F7C43F477B032573FB006A6C47?OpenDocument&secao=Sustentabilidade%3AProgramas%2520de%2520Acesso%2520Universal%2520a%2520Energia>. Acesso em 11 de maio de 2011. COPEL - Companhia Paranaense de Energia, Comercial, Glossário, Glossário - Industrial e Comercial. Disponível em: <http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2F0%2FC8C0FB31C7B9BD93032573F700549161>. Acesso em 11 de maio de 2011. MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. SOUZA CRUZ, Tabaco e seus produtos, Cadeia produtiva, Plantio. Disponível em: <http://www.souzacruz.com.br/group/sites/SOU_7UVF24.nsf/vwPagesWebLive/DO7V9KLC>. Acesso em 15 de maio de 2011.


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