Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
i ESTUDO DA MEDIÇÃO INTELIGENTE PARA CONSUMIDORES RESIDENCIAIS NO BRASIL Mariana Torres Kup Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. Rio de Janeiro Março de 2015 ii ESTUDO DA MEDIÇÃO INTELIGENTE PARA CONSUMIDORES RESIDENCIAIS NO BRASIL Mariana Torres Kup PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRA ELETRICISTA. Examinado por: ___________________________________________________ Eng. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. (Orientador) ___________________________________________________ Prof. Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing (Examinador) ___________________________________________________ Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D. (Examinador) RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL MARÇO DE 2015 iii Kup, Mariana Torres Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no Brasil/ Mariana Torres Kup. - Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2015. XI, 61 p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Elétrica, 2015. Referências Bibliográficas: p. 59 1. Introdução. 2. O furto de energia no Brasil 3. A medição de energia no Brasil. 4. O Medidor Inteligente (Smart Meter). 5. Conclusão. 6. Referências Bibliográficas. I. Juan Carlos Mateus Sánchez. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica. III. Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no Brasil iv Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista. Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no Brasil Mariana Torres Kup Março/2015 Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. Curso: Engenharia Elétrica. As perdas não técnicas de energia no Brasil, através do furto e da fraude, são um problema constante que afeta tanto as concessionárias quanto os consumidores no país. Soluções para evitar esse tipo de problema estão sendo obtidas através da implantação do Medidor Inteligente de Energia, comumente conhecido como Smart Meter, que é a motivação para o estudo aqui apresentado. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo apresentar algumas questões como as perdas não técnicas nas redes de distribuição de energia elétrica no Brasil, além da realização de um estudo da atual forma de medição de energia elétrica. O foco principal do trabalho é possibilitar uma melhor compreensão acerca dessa nova tecnologia de medição de energia que cada vez mais têm contribuído para solucionar os problemas das grandes cidades do Brasil, assim como, uma comparação desta com os métodos tradicionais de medição. Palavras-chave: Medição inteligente, Smart meter, Redes Elétricas Inteligentes, Medição de energia, Automated Meter Reading, Automated Meter Management . v Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Electrical Engineer. Study of Smart Metering for residential consumers in Brazil Mariana Torres Kup March/2015 Advisors: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. Course: Electrical Engineering Non-technical electric losses in Brazil, through theft and fraud, are a constant problem that affects both utilities and consumers in the country. Solutions to avoid this kind of problem are being obtained through the implementation of the intelligent energy meter, commonly known as Smart Meter, which is the motivation for the study presented here. Thus, this work presents some issues such as non-technical losses in electricity distribution networks in Brazil, and a study of the current way of energy measurement. The main focus of this work is to enable a better understanding of this new energy measurement technology that have increasingly contributed to solve the problems of large cities in Brazil, as well as a comparison of this with traditional measurement methods. Keywords: Smart Meter, Smart Grids, energy measurement, Automated Meter Reading, Automated Meter Manageme vi DEDICATÓRIA À turma de engenharia elétrica da UFRJ de 2009.2, pela amizade e união. vii AGRADECIMENTOS Agradeço a todos os meus amigos do curso de engenharia elétrica da UFRJ que em algum momento contribuíram para a minha formação pessoal e profissional. Agradeço em especial a Mariana Rabelo e Gustavo Gontijo que me motivaram como aluna e facilitaram a minha trajetória acadêmica. Ao meu orientador, Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc, pela oportunidade, ensinamentos e dedicação excepcional ao longo do desenvolvimento desse trabalho. Ao Sergio Sami Hazan, Ph.D, que além de ter me motivado como professor, me fez o admirar ainda mais como coordenador do curso pelo seu comprometimento com os alunos. Ao meu noivo, Renan Valadão Martins, pelo apoio, amor, carinho, e companheirismo que me sempre me proporciona. viii ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 1.1. Objetivo ............................................................................................................. 5 1.2. Metodologia ....................................................................................................... 5 1.3. Estrutura do Trabalho ........................................................................................ 5 2. O FURTO DE ENERGIA NO BRASIL .................................................................. 7 2.1. Perdas técnicas e não técnicas............................................................................ 7 2.2. O furto e fraude de energia elétrica.................................................................... 8 2.2.1. Prejuízos do furto de energia elétrica no Brasil. ......................................... 9 2.2.2. Fraude nos medidores ............................................................................... 12 2.3. Conclusão ......................................................................................................... 14 3. A MEDIÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL ........................................................... 15 3.1. O processo tradicional de medição de energia ................................................. 15 3.2. Medição tradicional com medidores eletromecânicos ..................................... 16 3.2.1. Medidor eletromecânico com registrador de ponteiro .............................. 17 3.2.2. Medidor Eletromecânico com registrador ciclométrico ........................... 20 3.2.3. Medidor eletrônico ................................................................................... 21 3.2.4. Classe de exatidão dos medidores ............................................................24 3.3. O consumo de enegia elétrica no Brasil ........................................................... 25 3.3.1. Curva de Carga ......................................................................................... 25 3.4. Classificação dos consumidores ...................................................................... 26 3.5. Estrutura tarifária ............................................................................................. 27 3.5.1. Características gerais ................................................................................ 28 3.6. A Fatura de energia elétrica ............................................................................. 29 3.7. Conclusão ......................................................................................................... 30 4. O MEDIDOR INTELIGENTE (SMART METER) ............................................... 31 4.1. Evolução tecnológica do Smart Meter ............................................................. 32 4.2. Estrutura operacional ....................................................................................... 34 4.2.1. Tecnologias de comunicação .................................................................... 38 4.3. Funcionalidades ............................................................................................... 38 4.4. Smart Grid ........................................................................................................ 45 ix 4.4.1. Principais características das Redes Elétricas Inteligentes [18]: .............. 45 4.5. Gerenciamento Pelo Lado da Demanda ........................................................... 47 4.5.1. O GLD Indireto ........................................................................................ 48 4.5.2. O GLD Direto com controle da carga ...................................................... 48 4.6. Vantagens ......................................................................................................... 49 4.7. Desafios da implementação ............................................................................. 50 4.8. Projeto de medição inteligente da Ampla ........................................................ 51 4.8.1. Projeto Rede DAT .................................................................................... 52 4.8.2. Projeto Ampla Chip .................................................................................. 52 4.8.3. Caracterização do parque de medição da Ampla...................................... 54 4.9. Conclusão ......................................................................................................... 56 5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS ........................................................ 57 5.1. Conclusão ......................................................................................................... 57 5.2. Trabalhos futuros ............................................................................................. 58 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 59 x SUMÁRIO DE FIGURAS Figura 1-Medidor com lupas - "olhão” ........................................................................... 3 Figura 2-Percentual de perdas do sistema global [4] .................................................... 10 Figura 3- Percentual em perdas em relação a Energia Injetada [4] ............................. 11 Figura 4-Medidor ciclométrico fraudado ...................................................................... 12 Figura 5- Verso de um medidor eletrônico fraudado..................................................... 13 Figura 6-Placa de um medidor eletrônico fraudado...................................................... 13 Figura 7-Medidor de ponteiro [23] ................................................................................ 17 Figura 8 - Exemplo de medição de consumo em um medidor de ponteiro [23] ............. 18 Figura 9 - Exemplo de uma nova medição de consumo no medidor de ponteiro [23]. . 19 Figura 10- Constante de medidor, na fatura [23] .......................................................... 19 Figura 11- Medidor eletromecânico com Registrador Ciclométrico ............................. 21 Figura 12- Medidor eletrônico ....................................................................................... 23 Figura 13-Curva de carga de eletrodomésticos [26] ..................................................... 25 Figura 14- Exemplo de fatura [3] ................................................................................... 29 Figura 15-Proposta de desenho esquemático da evolução do Smart Meter .................. 34 Figura 16-Configuração do SDMEE no Brasil [30] ...................................................... 35 Figura 17- Configuração de sistema AMM no Brasil .................................................... 36 Figura 18- Concentrador primário (CP) ....................................................................... 37 Figura 19- Concentrador de medição secundário com 12 módulos .............................. 37 Figura 20- Terminal de leitura individual (TLI) ............................................................ 38 Figura 21- Comparativo entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional [11] ............. 42 Figura 22- Rede DAT [5] ............................................................................................... 52 Figura 23-Rede Ampla Chip [5]. .................................................................................... 53 Figura 24-Comparação entre a Rede Convencional e a Ampla Chip [5]. ..................... 54 Figura 25-Distribuição de medidores eletrônicos nas regiões operativas [5] .............. 55 SUMÁRIO DE TABELAS Tabela 1-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores Eletromecânicos [20] 24 Tabela 2-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores Eletrônicos [21] 24 xi LISTA DE SIGLAS ABRADEE – Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica AMM – Automated Meter Management AMR – Automated Meter Reading ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica AT – Alta Tensão BT – Baixa Tensão CP – Concentrador Primário CS – Concentrador Secundário EPE – Empresa de Pesquisa Energética GLD – Gerenciamento Pelo Lado da Demanda GPRS - General Packet Radio Services INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia KWh – Kilo watt –hora MT – Média Tensão MWh – Mega watt-hora PLC – Power Line Communication PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica RF – Radiofrequência SDMEE – Sistema Distribuído de Medição de Energia Elétrica TLI – Terminal de Leitura Individual 1 1. INTRODUÇÃO Atualmente, a rede de distribuição de energia elétrica enfrenta sérios problemas relacionados ao furto de energia [4]. O fato dos medidores atuais se localizarem junto às residências, em baixa tensão, faz com que seja possível que usuários mal intencionados tenham acesso ao medidor com o propósito de adulterá-lo. Ainda, erros podem ser cometidos pelos técnicos durante a medição nas residências ou durante o processo de faturamento, o que também contribui com esse sério problema. As perdas de energia na distribuição se classificam em dois tipos: técnicas e não técnicas. As perdas técnicas são as que acontecem naturalmente em qualquer circuito devido à resistência do condutor. Já as perdas não técnicas são resultantes de vários fatores entre eles o furto ou fraude de energia elétrica e energia não contabilizada ou não faturada, cuja ocorrência é um problema constante no Brasil. Como a rede de distribuição tem sofrido grandes prejuízos devido às perdas não-técnicas, torna-se fundamental, para as empresas distribuidoras de energia elétrica,a sua prevenção, detecção e combate. Parte do custo do consumo irregular de consumidores ilegais é repassado aos consumidores regulares. A partir do primeiro ciclo de revisão tarifária (2003-2005), a ANEEL passou a determinar o máximo valor que pode ser repassado pelas distribuidoras. Por exemplo, por ocasião da revisão tarifária em 2005, a concessionária de energia Ampla propôs o repasse das perdas não técnicas, que chegavam a 22% para a tarifa de energia. Essa situação não foi aceita pela ANEEL, que determinou que esta concessionária mantivesse as suas tarifas de energia e desenvolvesse tecnologias próprias para prevenção do furto. Com isso, para reverter essa situação, a principal ação utilizada por algumas empresas distribuidoras é a realização de inspeções nos consumidores. Estas inspeções 2 têm a finalidade de detectar fraudes, furtos ou outras irregularidades, como equipamentos manipulados ou defeituosos. No entanto, essa inspeção é dificultada devido ao grande número de consumidores e ainda pela presença de grandes conglomerados urbanos de difícil acesso por parte das concessionárias, que geram dificuldades no monitoramento do furto de energia e no combate à inadimplência. Uma maneira de prevenção de furto de energia é a transferência do ponto de medição, com o propósito de dificultar o acesso aos medidores e assim minimizar a possibilidade de fraude através da manipulação dos instrumentos. As primeiras soluções de transferência do ponto de medição consistiram em instalá-los externamente, em caixas transparentes ainda com o ramal de ligação à vista, situação que além de facilitar a leitura, permitiria verificar a integridade do ramal de ligação contra possíveis desvios internos. Contudo, esta solução não foi tão eficiente como se esperava já que a manipulação dos instrumentos continuava sem que os indicadores de perdas não- técnicas mostrassem avanços significativos. Assim, concessionárias como a Ampla e a Light decidiram dificultar ainda mais o acesso aos medidores de energia transferindo o ponto de medição da casa do cliente para o poste na altura da rede de baixa tensão (entre 3,5 m e 5 m). Entretanto, isso também dificulta a leitura dos medidores por parte dos funcionários da concessionária, sendo necessária a instalação de lupas na altura do registrador dos medidores, tornando possível a leitura dos mesmos desde o solo, como mostra a figura 1: 3 Figura 1-Medidor com lupas - "olhão” Como será visto nos próximos capítulos, a evolução dos medidores eletrônicos, cujo custo tem diminuído gradativamente, tem contribuído significativamente na prevenção e combate aos furtos de energia e inclusive começou-se a estudar a possibilidade de realizar telemedição para usuários residenciais, possibilitando a transmissão remota de dados diretamente para a concessionária. Além dessa facilidade, a evolução tecnológica dos medidores eletrônicos para os chamados medidores inteligentes de energia, que serão o foco do trabalho em questão, tem permitido o ligamento e desligamento remoto de energia, solucionando problemas como o corte de energia de clientes inadimplentes em áreas de difícil acesso. O medidor inteligente de energia, comumente conhecido como Smart Meter, fornece informações adicionais para a companhia elétrica e para o consumidor, se comparado ao medidor tradicional, o que faz com que seja um importante componente na futura geração de redes inteligentes de distribuição de energia elétrica, conhecidas como Smart Grids. Ele apresenta tanto vantagens para a concessionária quanto para o consumidor, e possibilita a medição remota do consumo de energia, bem como outras grandezas incluindo os valores de tensão, ângulo de fase e frequência, provendo uma comunicação de dados que pode ser usada de diferentes maneiras tanto pela concessionária como para os usuários [14]. 4 As vantagens para a concessionária podem incluir: maior confiabilidade no sistema de leitura; automação entre a coleta de dados de leitura e o faturamento, eliminando erros que antes eram comuns com a presença do fator humano em ambos os processos; rapidez e eficiência na prestação de serviços de corte e religação; notificação de elevação de consumo e prevenção do furto de energia. As vantagens para os consumidores são devidas às inovações tecnológicas dos medidores, como: possibilidade de gerenciamento do consumo levando a um uso racional da energia; novas opções de tarifação como funções de pré-pagamento e tarifas diferenciadas, que podem ser vantajosas para alguns tipos de consumidores e confiabilidade na exatidão da medição. Embora não exista uma definição exata sobre o significado de Smart Meter, existem atualmente duas definições aceitas acerca de seu significado: Automated Meter Reading (AMR) e Automated Meter Management (AMM) [29]. Resumidamente, no AMR, a comunicação é unidirecional, sendo usado apenas para coletar dados de consumo. No AMM, a comunicação é bidirecional, o que permite habilitar amplas funcionalidades como por exemplo: ligamento e desligamento de usuários remotamente. Essas definições serão melhor explicadas no capítulo 4. No Brasil, como já foi mencionado, um dos principais motivos para a implantação de medidores inteligentes é o combate às perdas não técnicas, portanto, a possibilidade de realizar a leitura, suspensão e reconexão remotamente e de forma automática oferece um grande avanço com relação aos sistemas tradicionais de medição. Apesar das vantagens envolvidas no uso do Smart Meter, existem também desafios e desvantagens que serão discutidas ao longo deste estudo a fim de obter uma visão panorâmica do histórico de sua implantação no país. 5 1.1.Objetivo Este trabalho tem como objetivo apresentar de forma direta e concisa um estudo da medição inteligente existente no Brasil, com foco no setor residencial, possibilitando uma melhor compreensão acerca do Smart Meter, além de destacar os desafios para a implantação do mesmo, vantagens, desvantagens, possíveis soluções para tal e apresentar o procedimento de implantação da Medição Inteligente na rede de distribuição da AMPLA. 1.2.Metodologia A metodologia utilizada neste estudo foi pesquisa bibliográfica, além de visitas ao Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO) para entrevistas. O tema abordado neste trabalho foi o estudo da medição inteligente no Brasil e em sua pesquisa bibliográfica foram consultados acervos da Associação Brasileira de Distribuidores de energia elétrica (ABRADEE); Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL); Empresa de Pesquisa Energética (EPE); Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL); Light Serviços de Eletricidade S.A (LIGHT); Ampla Energia e Serviços S.A (AMPLA); entre outros. Os materiais utilizados para a elaboração deste trabalho foram consultados por meio de artigos e páginas na Internet de livre acesso. Algumas informações e fotos foram fornecidos pelo INMETRO em visitas técnicas. 1.3.Estrutura do Trabalho Além do presente capítulo, que mostrou um breve contexto do trabalho e principais objetivos, este trabalho estrutura-se com mais cinco. 6 No segundo capítulo é realizada uma descrição sobre as perdas não técnicas no Brasil e o prejuízo das mesmas para o país. No terceiro capítulo é realizada uma descrição do processo tradicional de medição de energia elétrica no Brasil através do medidor eletromecânico e eletrônico; um histórico de como evoluiu o processo de medição; estrutura tarifária; e a atual forma de faturamento. O quarto capítulo está centrado na definição do Medidor Inteligente de Energia, dando um enfoque nas vantagens e desvantagens de sua implantação no Brasil, nos desafios e o futuro deste tipo de tecnologia. Finalizando, o quinto e sexto capítulos apresentam respectivamente as conclusões finaisdo trabalho e as referências bibliográficas. 7 2. O FURTO DE ENERGIA NO BRASIL As perdas técnicas são as que acontecem naturalmente em qualquer circuito devido à resistência do condutor. O consumidor paga pelas perdas técnicas geradas pelo seu próprio consumo. Já as perdas não técnicas são resultantes do furto ou fraude de energia elétrica, energia não contabilizada ou não faturada. As perdas não técnicas representam um grande problema no Brasil tanto para as concessionárias quanto para os consumidores, uma vez que parte do consumo irregular de consumidores ilegais é repassado aos consumidores regulares, sendo esse valor, determinado pela ANEEL. O capítulo atual tem como finalidade esclarecer a diferença entre o furto e fraude de energia elétrica no Brasil, e apontar os prejuízos dessas perdas não técnicas para o país. 2.1.Perdas técnicas e não técnicas Segundo a ANEEL [9]: Perdas técnicas: constituem a quantidade de energia elétrica dissipada entre os suprimentos de energia da distribuidora e os pontos de entrega nas instalações das unidades consumidoras ou distribuidoras supridas. Essas perdas ocorrem nos processos transporte e transformação de tensão, bem como nos equipamentos de medição; e Perdas não técnicas: apuradas pela diferença entre as perdas totais e as perdas técnicas, considerando, portanto, todas as demais perdas associadas à distribuição de energia elétrica, tais como furtos de energia, erros de medição, erros no processo de faturamento, unidades consumidoras sem equipamento de 8 medição, etc. Essas perdas estão diretamente associadas à gestão comercial da distribuidora. 2.2.O furto e fraude de energia elétrica No Brasil, essas perdas não técnicas (ou perdas comerciais) se devem basicamente ao furto e fraude de energia elétrica. O furto é caracterizado pelo desvio de energia da rede elétrica das distribuidoras para o consumidor ilegal, o que faz com que a energia não seja contabilizada, apesar de ser utilizada. No caso da fraude, o consumo é registrado por parte da distribuidora, mas de alguma maneira o consumidor adultera o valor a ser pago através de alterações no próprio medidor; ou então, através de suborno de funcionários das distribuidoras. Essas perdas representam um grande problema tanto para a distribuidora quanto para os consumidores Para minimizá-las, algumas concessionárias investiram em vistorias a fim de identificar os medidores que foram adulterados ou fraudados. No entanto, o número de clientes das distribuidoras de energia elétrica é relativamente grande, o que dificultou essas inspeções. Um outro problema, é que no Rio de Janeiro, por exemplo, a ocupação urbana irregular se expandiu de maneira acelerada. Nestes aglomerados urbanos de difícil acesso, as concessionárias encontram grandes dificuldades no monitoramento do furto de energia e nas ações de combate a inadimplência. Com isso, uma maneira de prevenir o furto e fraude de energia é a transferência do ponto de medição, a fim de dificultar o acesso por parte de consumidores mal- intencionados ao medidor de energia elétrica. Para colocar o ponto de medição o mais longe possível do cliente, as concessionárias colocaram os medidores de energia na altura da rede aérea de Baixa Tensão. Esta solução trouxe uma diminuição no índice de 9 furto, mas dificultou a leitura dos instrumentos através das lupas instaladas e pouco tempo depois os indicadores de furto subiram novamente. 2.2.1. Prejuízos do furto de energia elétrica no Brasil. O furto de energia elétrica apresenta prejuízos para a unidade geradora, para a distribuidora e para o consumidor. O furto de energia pode sobrecarregar a rede de distribuição. Com isso, o fornecimento de energia é afetado uma vez que a concessionária não tem uma estimativa sobre a quantidade de energia a ser fornecida a clientes genuínos, bem como cliente ilegais [15]. O prejuízo para os consumidores se dá porque parte do custo do consumo irregular de consumidores ilegais são repassados aos consumidores regulares. Como a ANEEL determina o máximo de perdas não técnicas que as distribuidoras podem repassar às tarifas, as distribuidoras também sofrem prejuízo e por isso buscam soluções para combater essas perdas. Em regiões como o Rio de Janeiro, as perdas de energia pode chegar a 22%, como é mostrado pela Light na figura 2: 10 Figura 2-Percentual de perdas do sistema global [4] A figura 2 mostra o percentual de perdas de energia de distribuidoras em determinadas regiões do Brasil. Podemos observar que nas regiões do Pará, as perdas chegam a mais de 35%, e no Amazonas a mais de 38%. A figura 3 representa uma comparação das perdas comerciais, que são constituídas pelo furto e fraude de energia, com as perdas técnicas globais das 63 distribuidoras, em porcentagem (%), ao longo dos anos. 11 Figura 3- Percentual em perdas em relação a Energia Injetada [4] Analisando-se a figura 3, é possível verificar que as perdas comerciais não estão diminuindo com o passar dos anos. Desde 2007, as perdas comerciais se mantêm praticamente constantes, mesmo com a instalação de medidores eletrônicos de energia e SDMEE. Isto se deve ao fato que o gráfico da figura 3 contém os dados de 63 empresas distribuidoras associadas, e nem em todas houve uma instalação massiva de medidores eletrônicos e SDMEE. Em 2007, na época da verificação destes sistemas por parte do INMETRO, apenas duas concessionárias tinham instalado esses medidores inteligentes. Aproximadamente 30.000 usuários na Celpa, no Pará, e quase 300.000 no Rio de Janeiro, por parte da AMPLA. Considerando-se as 61 empresas que passaram pelo processo de revisão tarifária, as perdas não técnicas foram maiores que 15.000 MWh e as perdas técnicas da ordem de 22.000 MWh [8]. De acordo com a ABRADEE (Associação dos Distribuidores de Energia Eletrica), além do prejuízo financeiro, há ainda outro pior: em dez anos, mais de 400 pessoas morreram tentando furtar energia. Somente em 2011, foram 60 óbitos. http://exame.abril.com.br/meio-ambiente-e-energia/energia/noticias/gatos-custam-r-8-bi-ao-pais-ou-uma-sao-paulo-em-energia http://exame.abril.com.br/meio-ambiente-e-energia/energia/noticias/gatos-custam-r-8-bi-ao-pais-ou-uma-sao-paulo-em-energia 12 2.2.2. Fraude nos medidores As imagens a seguir mostram alguns medidores adulterados que foram enviados ao INMETRO pelas concessionárias para constatação da fraude. Esses medidores foram identificados em vistorias ou ao ser notado uma diminuição no padrão de consumo do cliente em questão. Muitas destas fraudes não teriam sido detectadas sem o monitoramento do consumo de energia fornecido pela medição inteligente em alguns pontos suspeitos. Figura 4-Medidor ciclométrico fraudado A figura 4 mostra um medidor ciclométrico, cuja lateral foi aberta e nela inserida a piaçava de uma vassoura para travar ou retardar o disco do medidor, e com isso, marcar um consumo menor que o real. A fraude no medidor ciclométrico da figura 4 poderia ser identificada facilmente em uma vistoria, mas no caso das figuras 5 e 6, a visualização não seria tão fácil. 13 Figura 5- Verso de um medidor eletrônico fraudado Na figura 5 é possível visualizar um indício de fraude na parte externa do medidor. Este foi cortado no seu verso e, como ele fica preso à parede, a identificação dessa fraude em uma vistoria é quase impossível. Figura 6-Placa de um medidor eletrônico fraudado A figura 6 mostra a placa de um medidor fraudado. Foram inseridos alguns resistores na placa, circulados na imagem, para este medidor marcar um consumo menor que o real. Observa-se que a fraude é mais elaborada e precisa de um conhecimento eletrônico maior, inclusive do desenho do próprio fabricante. 14 2.3.Conclusão A análise da atual medição de energia realizada nestecapítulo mostrou os prejuízos decorrentes do furto de energia elétrica para a distribuidora e para os consumidores. Em decorrência disso, os medidores estão evoluindo para os chamados medidores inteligentes de energia, que serão tratados no próximo capítulo. 15 3. A MEDIÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL Existem atualmente quatro tipos de sistemas de medição energia elétrica no Brasil: Medição tradicional usando medidores eletromecânicos. Medição tradicional usando medidores eletrônicos. Medição automática usando tecnologia AMR (Automated Meter Reading). Medição automática usando tecnologia AMM (Automated Meter Management). Os dois primeiros tipos serão tratados no capítulo atual, enquanto que os dois últimos serão tratados no capítulo 4. O capítulo atual tem como finalidade descrever o método tradicional de medição de energia elétrica no Brasil com foco no setor residencial, assim como: tipos de medidores; estrutura de tarifação; consumo e custo de energia elétrica. 3.1.O processo tradicional de medição de energia Cada casa e apartamento possuem seu próprio medidor, geralmente medidores eletromecânicos. No caso de um prédio, o medidor é localizado no hall do condomínio. Para realizar a medição, o técnico da concessionária vai mensalmente até a residência anotar o valor indicado pelo registrador do instrumento. A concessionária deve organizar e manter atualizado os calendários das respectivas datas fixadas para a leitura dos medidores, a apresentação e vencimento da fatura, que estarão sujeitos à fiscalização da ANEEL. A concessionária efetua as leituras, bem como os faturamentos, em intervalos de aproximadamente 30 (trinta) dias, observados o mínimo de 27 (vinte e sete) e o máximo de 33 (trinta e três) dias, de acordo com o calendário respectivo [6]. 16 O trabalho da concessionária consiste em programar os percursos das equipes de leitura dos medidores de forma a obter os dados de 100% dos medidores de energia na sua área de concessão. Cada equipe de leitura é composta por vários técnicos leituristas que, geralmente, se deslocam a pé pelos diferentes setores da cidade coletando as leituras dos medidores instalados dentro das residências dos clientes. Dificuldades acontecem quando o dono não está dentro do imóvel impedindo o acesso ao medidor ou quando por razões de segurança, é impedido de realizar o seu trabalho. Geralmente, as leituras de consumo dos clientes eram registradas em um formulário preenchido a mão pelo leiturista, para posteriormente serem inseridas no sistema de faturamento da empresa. Contudo, hoje a tecnologia tem permitido a implementação de diversas formas para realizar este registro, cada uma delas com diversos graus de complexidade. Algumas concessionárias, como CEB e AMPLA, por exemplo, têm implementado um sistema de captura das leituras através de dispositivos portáteis, os quais substituem os antigos formulários preenchidos a mão. Neste sistema, o leiturista digita os valores dos registros de medição e o dispositivo calcula e processa a fatura, a qual é impressa imediatamente após o registro dos dados, podendo o leiturista simultaneamente coletar os dados e entregar a fatura ao cliente. Nos seguintes capítulos será explicado como esta evolução foi acontecendo, mas por enquanto, podemos afirmar que o processo tradicional de medição de energia demanda uma grande quantidade de pessoal, tempo e dinheiro e, ainda é susceptível a falhas e erros. 3.2.Medição tradicional com medidores eletromecânicos De acordo com a Light, existem três tipos de medidores de energia nas instalações de clientes residenciais: Ponteiro, Ciclométrico e eletrônico. Os dois 17 primeiros são medidores eletromecânicos, mas com tecnologias diferentes de registrador. O princípio de funcionamento deste tipo de medidor é baseado na amplamente conhecida Lei de Lenz, não sendo escopo deste trabalho detalhar este assunto. Maiores detalhes sobre o funcionamento do medidores eletromecânicos podem ser consultados no “Handbook for Electricity Metering” [16]. 3.2.1. Medidor eletromecânico com registrador de ponteiro Este é o tipo mais antigo de medidor adotado pela empresa e alguns estão instalados há mais de 20 anos. É o modelo de medidor que deu o nome de “relógio” a este instrumento que ao invés de medir tempo mede energia elétrica. Existem várias regras para fazer a leitura do registrador, razão pela qual é possível cometer erros ao tomar a leitura. Cada instrumento possui quatro mostradores que se assemelham a relógios, mas que podem girar em sentidos diferentes. Juntos, representam os números do consumo, como pode ser visto na figura 7: Figura 7-Medidor de ponteiro [23] O primeiro mostrador, ou relógio, representa a unidade; o segundo indica a dezena; o terceiro, a centena; e o quarto, o milhar. A medição se inicia do relógio da 18 direita para a esquerda e o primeiro e o terceiro ponteiro gira no sentido horário, enquanto que o segundo e o quarto giram no sentido anti-horário [23]. A seguir é explicado como é realizada a medição de energia em um medidor de ponteiro, exemplificado na figura 8: Figura 8 - Exemplo de medição de consumo em um medidor de ponteiro [23] No primeiro relógio (o da direita) deve-se anotar o número indicado pelo ponteiro, no caso, o número 9. Como esse relógio gira em sentido horário, o medidor ainda não completou uma volta, ou seja, não ultrapassou o zero. Portanto, no mostrador seguinte (que indica a dezena) deve ser anotado o número 4. No segundo relógio, apesar do ponteiro estar apontando aparentemente para o número 5, deve-se sempre consultar o ponteiro imediatamente a sua direita, a fim de observar a sua tendência: Caso o ponteiro da direita esteja caminhando para o zero, significa que o algarismo deste segundo relógio (neste caso, o número 5) ainda não foi ultrapassado, logo, deve-se considerar o número anterior (no caso, o número 4); Caso o ponteiro da direita já tenha ultrapassado o zero, o algarismo a ser indicado será ele próprio (no caso, o número 5). 19 No terceiro relógio, o da centena, deve-se anotar o número indicado. Caso o ponteiro esteja entre dois números, é anotado o menor deles (no caso, o número 8), sempre estando atento para o sentido dos ponteiros. O mesmo ocorre no quarto relógio. Como o terceiro relógio não completou uma volta, no quarto mostrador deve ser considerado o número 9, que é anterior ao zero. O valor indicado pelos relógios é cumulativo, ou seja, o relógio não é zerado a cada leitura. Com isso, no mês seguinte, para saber o valor do consumo (em kWh) deve- se diminuir do valor do mês anterior e multiplicar pela constante do medidor que vem indicada na conta, como é mostrado na figura 9: Figura 9 - Exemplo de uma nova medição de consumo no medidor de ponteiro [23]. A figura 9 exemplifica uma nova medição sendo realizada. Por exemplo, se a medição atual é de 9.991 kWh, deve-se diminuir da anterior, que no exemplo era de 9.849 kWh (conforme figura 8). O resultado da subtração deve ser multiplicado pela constante do medidor que aparece na conta, conforme a figura 10: Figura 10- Constante de medidor, na fatura [23] 20 Nota-se que erros podem acontecer com frequência por parte do técnico em um medidor de ponteiros, uma vez que este requer uma série de regras para a medição e, dependendo do ângulo que a pessoa olhar, o ponteiro pode ser visualizado apontando para números diferentes. O técnico anota a mão o valor medido e leva para a concessionária e, caso a sua ortografia não seja bem compreendida pelo responsável pelo faturamento, também pode causar algum tipo de confusão e erro na fatura. Outro problema é o fato do medidor estar em um local de fácil acesso. Isso possibilita infrações no próprio medidor a fim de marcar um consumo menor que o consumo real,e com isso, pagar um valor menor na conta. Atualmente ainda existe um grande número de medidores eletromecânicos de ponteiros e inspeções são realizadas com frequência para descobrir se estes instrumentos foram abertos e fraudados ou se podem permanecer instalados em campo. Muitas concessionárias ainda mantêm bancadas de ensaio para testar o estado de medidores antigos ou que, por solicitação do usuário, são submetidos a ensaios de verificação metrológica, mas o número grande de consumidores em áreas de difícil acesso dificultam esse trabalho. 3.2.2. Medidor Eletromecânico com registrador ciclométrico Seu mostrador parece com o painel de carro e é o modelo de registrador que facilitou para o cliente (e o leiturista) fazer a leitura do instrumento, pois apresentam direto em seu mostrador os cinco números de consumo registrados [23]. Ele pode ser visualizado na figura 11: 21 Figura 11- Medidor eletromecânico com Registrador Ciclométrico Este medidor constituiu um avanço na redução dos erros de leitura provenientes das complexas regras de leitura do medidor de ponteiros. Além disso, diminuiu o número de reclamações de clientes se queixando de erros na leitura dos instrumentos, permitindo que qualquer um pudessse conferir a leitura da fatura com aquela que estava no medidor. Entretanto, embora esse medidor tenha evoluído se comparado ao de ponteiro, há a desvantagem de ter que realizar uma visita mensal por parte do técnico da concessionária para anotar o resultado da medição contínua. 3.2.3. Medidor eletrônico Na primeira metade dos anos 80, os primeiros medidores eletrônicos comerciais começaram a aparecer nos Estados Unidos. Estes medidores evoluíram da mesma maneira que os medidores eletromecânicos: tinham sensores de tensão e corrente separados para cada fase, cujos valores eram digitalizados através de conversores A/D e através de um microprocessador, os valores de tensão e corrente eram multiplicados para obter o valor de potência que ia sendo acumulado e mostrado no registrador [16]. As duas principais razões que motivaram a instalação deste novo tipo de medidor foram exatidão e custo. Os medidores eletrônicos mostraram melhor exatidão ao longo do tempo do que os medidores eletromecânicos, e não requerem ajuste nem 22 manutenção. Além disso, a vida útil declarada pelos fabricantes como sendo de 8 a 10 anos tornava-o um atrativo investimento. Muitas concessionárias brasileiras começaram paulatinamente a substituir o parque de medidores eletromecânicos pelos novos medidores eletrônicos obtendo redução das suas perdas não-técnicas. De fato, ao substituir o medidor eletromecânico pelo medidor eletrônico, o novo instrumento parece registrar mais energia que o antigo, mas isto se deve a que na maioria dos casos os medidores eletromecânicos sofrem um desgaste normal das suas partes móveis e consequentemente registram menos energia do que os eletrônicos. Entretanto, a vida útil declarada pelos fabricantes de medidores eletrônicos ainda encontra-se em fase de prova e após alguns anos algumas empresas de Distribuição reclamam que os medidores eletrônicos não chegam a durar 6 anos. Estudos sobre a vida útil de medidores eletrônicos estão sendo conduzidos neste momento e são objeto atual de pesquisa. De qualquer maneira, os medidores eletromecânicos estão aos poucos sendo substituídos pelos eletrônicos e há um amplo consenso no mercado de que a tendência é o seu desaparecimento. O processo de descarte de medidores eletromecânicos da Ampla, por exemplo, consiste no sucateamento dos medidores eletromecânicos e na venda de suas partes para uma empresa de reciclagem [5]. Existem medidores eletrônicos com ciclométrico, mas o uso do ciclométrico ainda pode gerar dúvidas na leitura, pois muitas vezes o dígito do ciclométrico fica entre dois números. Este problema foi resolvido com os mostradores digitais, mas estes têm o problema de não mostrar a leitura quando há interrupção do fornecimento, se o leiturista passar justamente nesse momento não tem como realizar a leitura. A última moda na 23 tecnologia de mostradores é o eletroquímico, que mostra a leitura mesmo sem alimentação. Ainda com o medidor eletrônico o monitoramento da rede elétrica pode ser realizado remotamente em tempo real, possibilitando que a concessionária identifique rapidamente qualquer caso de interrupção, falha de abastecimento ou picos de luz, a fim de solucionar eventuais problemas no menor tempo possível. Além disso, os novos medidores eletrônicos são muito mais seguros contra o furto de energia, e possuem o selo de garantia do INMETRO e a aprovação da ANEEL [24]. Figura 12- Medidor eletrônico A figura 12 acima mostra um medidor eletrônico de energia. No Rio de Janeiro, regiões como Barra da Tijuca, e alguns bairros da zona Oeste e baixada Fluminense já possuem esse tipo de medidor. Desde 2008, já foram instalados 180.000 medidores e são instalados em média, 10 mil por mês [24]. 24 3.2.4. Classe de exatidão dos medidores Índice de classe é a letra que define os critérios destinados a avaliar a qualidade metrológica e funcional do medidor. A aprovação de um modelo em determinado índice de classe garante a aprovação nos demais índices de classe inferiores ao aprovado, sem a necessidade de ensaios adicionais, ou seja, se o medidor é aprovado com índice de classe D, este obtém de forma automática a aprovação para os índices de classe C, B e A. A seguir será apresentada a classe de exatidão dos medidores eletromecânicos e eletrônicos para um percentual de corrente nominal igual a 100: Tabela 1-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores Eletromecânicos [20] % Erro máximo admissível F.P Unitário Classe 1 Classe 2 100 Tabela 2-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores Eletrônicos [21] % Cos ⱷ Limites de erro percentuais para medidores com índice de classe D C B A 100 1 Comparando as tabelas 1 e 2, é possível verificar que a medição eletrônica permite uma maior flexibilidade por ter 4 classes de exatidão, e não apenas duas, como o medidor eletromecânico. Além disso, eles possuem uma maior exatidão, pois seu limite de erro é até 0,2%, enquanto que a melhor exatidão dos eletromecânicos é de 1,0%. 25 3.3.O consumo de enegia elétrica no Brasil A seguir será realizada uma comparação do consumo diário de energia elétrica através de uma curva de carga de aparelhos eletroeletrônicos nas residências. O estudo da curva de carga é necessário para o trabalho em questão, uma vez que o medidor inteligente de energia possibilitaria um gerenciamento da demanda, que tem como princípio básico deslocar a demanda dos horários de pico para os horários fora de pico. 3.3.1. Curva de Carga Uma definição para a curva de carga é o registro horário, em um período diário, das demandas de capacidade, podendo ser, excepcionalmente para período semanal, mensal ou anual. A figura 13 abaixo representa a curva de carga diária no Brasil e a contribuição dos aparelhos eletroeletrônicos nas residências no momento do pico. Figura 13-Curva de carga de eletrodomésticos [26] Pela figura, podemos notar que o consumo maior se dá entre as 18:00hs e 21:00hs, o que corresponde ao horário de ponta. Os horários de Ponta e fora de ponta foram definidos da seguinte maneira [7]: 26 O horário de Ponta corresponde ao período composto por 3 (três) horas diárias consecutivas definidas pela distribuidora, considerando a curva de carga de seu sistema elétrico, com exceção feita aos sábados, domingos, terça-feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, Corpus Christi e mais oito feriados nacionais. O horário fora de ponta corresponde ao período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e complementaresàquelas definidas no horário de ponta. Pela figura 13 podemos notar que o chuveiro elétrico e o condicionamento ambiental são grandes contribuintes para o pico do sistema. 3.4.Classificação dos consumidores As unidades consumidoras no Brasil são classificadas em dois grupos tarifários: Grupo A, que possui tarifa binômia e Grupo B, com tarifa monômia. Esse agrupamento é definido, principalmente, em função do nível de tensão em que os consumidores são atendidos e também, como consequência, em função da demanda (kW) [27]. Tarifa monômia é Tarifa de fornecimento de energia elétrica, constituída por preços aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa (kWh). A tarifa binômia é o conjunto de tarifas de fornecimento, constituído por preços aplicáveis ao consumo de energia elétrica ativa (kWh) e à demanda faturável (kW). Esta modalidade é aplicada aos consumidores do Grupo A. São classificados no Grupo A, os consumidores atendidos em alta tensão (acima de 2,3 kV) como indústrias, shopping e alguns edifícios comerciais. São classificadas no Grupo B as unidades consumidoras com tensão abaixo de 2,3 kV. Em geral, estão nesta classe residências, lojas, agências bancárias, pequenas oficinas, edifícios residenciais, grande parte dos edifícios comerciais e a maioria dos prédios públicos federais, uma vez que, na sua maioria são atendidos nas tensões de 127 ou 220V. 27 O Grupo B é dividido em sub-grupos, de acordo com a atividade do consumidor, conforme mostrado a seguir: 1. Subgrupo B1 – residencial e residencial baixa renda; 2. Subgrupo B2 – rural e cooperativa de eletrificação rural; 3. Subgrupo B3 – demais classes; 4. Subgrupo B4 – iluminação pública. 3.5.Estrutura tarifária Define-se estrutura tarifária como sendo o conjunto de tarifas aplicáveis aos componentes de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência ativa, de acordo com a modalidade de fornecimento [27]. Simplificadamente, a tarifa de energia é o preço cobrado por unidade de energia (R$/kWh). O consumidor não paga apenas pelo seu consumo, e sim pela disponibilidade de energia que ele tem 24hs por dia. Esse é o chamado custo de disponibilidade. Ele deve pagar para a distribuidora um valor mínimo na fatura mesmo que não utilize a energia. Isso acontece pois a empresa tem que manter o sistema elétrico e a estrutura de atendimento em perfeito funcionamento para o consumidor poder utilizar a energia no momento que precisar. Na aplicação das tarifas de energia elétrica, os consumidores são identificados por classes e subclasses de consumo: residencial; industrial; comercial e serviços; rural; poder público; iluminação pública; serviço público, e consumo próprio. Cada classe tem uma estrutura tarifária distinta, de acordo com as peculiaridades de consumo de energia e de demanda de potência. 28 3.5.1. Características gerais Entre as décadas de 70 e 90, havia uma única tarifa de energia elétrica em todo o Brasil. Os consumidores dos diversos estados pagavam o mesmo valor pela energia consumida. Esse valor garantia a remuneração das concessionárias, independentemente de sua eficiência, e as empresas não lucrativas eram mantidas por aquelas que davam lucro e pelo governo Federal. Essa modalidade de tarifa não incentiva as empresas à eficiência, porque todo o custo era pago pelo consumidor. Neste contexto surgiu a lei nº 8.631/1993, na qual a tarifa passou a ser fixada pela concessionária, conforme características específicas de cada área de concessão. Desta maneira, as tarifas de energia refletem peculiaridades de cada região, como número de consumidores, quilômetros de rede, tamanho do mercado, custo da energia comprada e tributos [8]. A modalidade tarifária atual para o grupo B compreende: Modalidade Tarifa convencional: Monômia, com um preço de consumo de energia em R$/MWh, sem distinção horária. Esta é a modalidade que vem sendo aplicada. Modalidade Tarifa branca: Monômia, com três preços de consumo de energia em R$/MWh, de acordo com os postos tarifários. De acordo com a ANEEL, o consumidor pode aderir à tarifa Branca a partir de Março de 2014, onde será necessária a troca do medidor eletromecânico para o eletrônico. No entanto, no momento não há medidores aprovados para efetuar esse tipo de tarifação. Esta modalidade tarifária será explicitada no próximo capítulo. 29 3.6. A Fatura de energia elétrica A fatura de energia elétrica é a nota fiscal que apresenta a quantia total que deve ser paga pela prestação do serviço público de energia elétrica, referente a um período especificado, discriminando as parcelas correspondentes. De acordo com a ABRADEE, para um consumidor residencial padrão, ou seja, do Subgrupo B1, o valor da conta é calculado de acordo com o Artigo 106 da Resolução 414 de 2010 da ANEEL. O consumidor residencial deve pagar pela quantidade de energia utilizada (kWh) multiplicada pela tarifa de energia da Classe B1, ou seja, quanto cada kWh custa. Figura 14- Exemplo de fatura [3] 30 A figura 14 mostra um exemplo de uma fatura de energia. Nela consta a data e o consumo das respectivas leituras, o histórico do consumo, o valor do kWh, a composição da tarifa, dentre outras informações. 3.7.Conclusão . O processo de medição de energia elétrica nos medidores eletromecânicos está mais suscetível a erros de medição por parte do técnico durante a visita, e ainda pelo responsável pelo faturamento, uma vez que o valor consumido ainda é anotado à mão. Além disso, o fácil acesso a esses tipos de medidores facilita que clientes mal intencionados possam furtar energia. Com isso, a evolução tecnológica tem contribuído para resolver os sistemas de medição tradicionais com a evolução do medidor eletromecânico para o ciclométrico e, posteriormente, para o eletrônico. É importante ressaltar que embora o consumo de energia elétrica varie de acordo com o horário do dia, a estrutura tarifária atual não varia, mesmo nos horários de Pico. Com isso, uma nova modalidade tarifária está sendo implantada, a tarifa Branca, que pode obter tarifas diferentes para cada horário, incentivando o consumo fora dos horários de ponta. 31 4. O MEDIDOR INTELIGENTE (SMART METER) O medidor eletrônico evoluiu tecnologicamente e incluiu funcionalidades até se tornar o chamado Smart Meter, sendo este a primeira etapa para a implementação da Rede Elétrica Inteligente, Smart Grid . A Ampla, empresa distribuidora de energia elétrica presente no Estado do Rio de Janeiro, foi uma das pioneiras na instalação dos medidores inteligentes de energia no país. Motivada pelo furto de energia, que em sua maioria era devido a manipulações de clientes nos medidores de energia e ligações clandestinas na rede de distribuição de baixa tensão, esta companhia inovou na instalação de sistemas de medição automática usando tecnologia AMR e AMM no nível residencial. Sistemas de medição automática usando a tecnologia AMR já vinham sido utilizados no Brasil há algumas décadas, primeiro para efetuar a medição de fronteiras comerciais entre agentes interligados pela rede básica e depois para grandes consumidores industriais, geralmente do grupo A. De maneira geral estes sistemas de medição automática usavam medidores eletrônicos de grande exatidão (classe C e D) cujo custo justificava a sua instalação para a medição de grandes blocos de energia. Este capítulo descreve a evolução que os medidores eletrônicos sofreram até se tornarem o medidor inteligente que foi instalado na rede de distribuição da Ampla, além de explicar o seu princípio de funcionamento, vantagens, desvantagens e desafios encarados para a sua implantação. O ponto de vista observado não será apenas da concessionária, como também dos consumidores e dos órgãos de controle do Governo.32 4.1. Evolução tecnológica do Smart Meter Embora não haja uma definição a respeito do significado do medidor inteligente, existem duas classificações de medidores inteligentes geralmente aceitas: Automated Meter Reading (AMR) e Automated Meter Management (AMM) [29]. O AMR representa uma primeira geração do Smart Meter, que é a implantação de um sistema de aquisição automática dos registros dos medidores eletrônicos de energia através de diferentes meios, tais como fibras ópticas, redes dedicadas de radio frequência (RF), Bluetooth etc. Os dados podem ser armazenados em um dispositivo leitor próximo ou remoto dependendo da tecnologia, mas a principal característica é que nos sistemas AMR a comunicação entre os medidores de energia e a concessionária é unidirecional, ou seja, a concessionária apenas recebe informações do medidor. Em alguns tipos de AMR o trabalho do leiturista não foi totalmente extinguido, pois em alguns casos, um operador deve ficar perto da local onde o medidor está instalado para poder capturar os dados do consumo do usuário. Outros sistemas AMR possuem gateways distribuídos na rede secundária que capturam os dados da medição e a retransmitem à central de faturamento. Neste último exemplo, não existe leiturista, mas a comunicação continua sendo unidirecional. O Automated Meter Management (AMM) corresponde a uma segunda geração onde, os meios usados para capturar o registro de energia dos medidores como, por exemplo, redes de RF são usadas para transmitir informações que permitem o gerenciamento dos instrumentos. A principal característica dos sistemas AMM é que a comunicação entre os medidores de energia e a concessionária é bidirecional, ou seja, a concessionária recebe e transmite informações ao medidor. Esta característica permite que a concessionária possa gerenciar e administrar o seu sistema de medição e 33 faturamento, por exemplo, fazendo a suspensão de consumidores inadimplentes e posterior conexão de maneira remota. A possibilidade de poder enviar informações aos instrumentos de medição abre um leque de novas funcionalidades que não seriam possíveis apenas com o sistema AMR, onde cada funcionalidade implantada representa um avanço na tecnologia que permite considerá-la como uma nova geração de medidor, e as novas tecnologias evoluem de acordo com requisitos demandados pelo mercado. Com isso, se tornou possível a inclusão de outras funcionalidades no medidor como: Pré-pagamento e Tarifa Branca. Não há ainda uma definição de nomenclatura correspondente a cada evolução tecnológica no medidor, logo, como proposta desse trabalho, a implementação dessas funcionalidades poderia representar uma “Terceira Geração”, que é ainda recente e somente agora está sendo implementada no Brasil. A Quarta Geração de medidores poderia corresponder à inclusão de funcionalidades como: visualização da curva de carga e o corte seletivo de cargas, através do Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD). Essas funcionalidades dos Smart Meters possibilitam um Gerenciamento pelo Lado da Demanda. O Gerenciamento da Demanda tem como objetivo reduzir não só a conta de energia, mas também o uso eficiente da energia, deslocando o pico da mesma, ou, ainda, alterando o comportamento de consumo dos clientes. Todas essas funcionalidades serão explicadas com o decorrer do capítulo. A figura 15 mostra um desenho esquemático da evolução tecnológica do Smart meter: 34 Figura 15-Proposta de desenho esquemático da evolução do Smart Meter 4.2.Estrutura operacional No Brasil, o Sistema Distribuído de Medição de Energia Elétrica (SDMEE) instalado pode ser considerado Smart Meters, e sua evolução tecnológica implica em desafios a cada funcionalidade habilitada enquanto cada vez mais requisitos tecnológicos são demandados [29]. Como já foi explicado, empresas de distribuição perceberam que grande parte da fraude de energia no Brasil se dava por uma intervenção no próprio medidor de energia. Com isso, propuseram que o sistema de medição fosse colocado externamente à unidade residencial e na altura das redes de média tensão MT (1 kV ≤ V ≤ 20 kV) alimentando um transformador que distribui a energia em Baixa tensão BT(V < 1 kV). As figuras 16 e 17 representam esquematicamente o princípio de funcionamento do SDMEE instalado no Brasil . 1ª Geração •Unidirecional 2ª Geração •Bidirecional 3ª Geração •Prépagamento •Tarifa Branca 4ª Geração •Visualização da curva de Carga •GLD 35 Figura 16-Configuração do SDMEE no Brasil [30] Os Concentradores de medição Secundários (CS) são instalados na estrutura de suporte no qual saem os ramais de alimentação para os clientes da concessionária. O CS contém vários módulos de medição monofásicos, os quais podem ser agrupados para alimentar clientes polifásicos. A quantidade de módulos de medição suportados pelo CS varia de 9 a 12 módulos dependendo do fabricante do SDMEE [29]. No imóvel do cliente é instalado um terminal de leitura individual (TLI), onde é possível a visualização da medição. Essa comunicação Unidirecional entre o Concentrador Primário (CP) e o TLI pode ser feita por radiofrequência RF ou tecnologia PLC (Power Line Carrier) dependendo do fabricante. Esse esquema pode ser visualizado na figura 17: 36 Figura 17- Configuração de sistema AMM no Brasil A comunicação entre o CP e o CS ocorre de maneira bidirecional por RF. Já a comunicação entre o CP e a central de faturamento ocorre de maneira bidirecional por tecnologia celular (GPRS) [29]. O GPRS é o Serviço de Rádio de Pacote Geral, e é uma tecnologia que aumenta as taxas de transferência de dados nas redes GSM existentes. Sendo assim, o GPRS oferece uma taxa de transferência de dados muito mais elevada que as taxas de transferência das tecnologias anteriores. O sistema da figura 17 pode medir múltiplos tipos de consumidores: 9 ou 12 consumidores monofásicos; 4 ou 6 consumidores bifásicos; 3 ou 4 consumidores trifásicos e até mesmo uma combinação de qualquer tipo de consumidor, dependendo do fabricante. Imagens de um CP, CM e um TLI podem ser visualizados nas figuras 18, 19 e 20. http://pt.wikipedia.org/wiki/Tecnologia http://pt.wikipedia.org/wiki/Rede http://pt.wikipedia.org/wiki/GSM 37 Figura 18- Concentrador primário (CP) Figura 19- Concentrador de medição secundário com 12 módulos 38 Figura 20- Terminal de leitura individual (TLI) 4.2.1. Tecnologias de comunicação Existem basicamente dois tipos de tecnologia de comunicação de Smart Meters: Radio Frequência (RF) e Power Line Carrier (PLC). Fatores como requisitos técnicos, impacto sobre os equipamentos, funcionalidade, infraestrutura existente e impacto econômico interferem na escolha dessas tecnologias. A tecnologia PLC possui algumas vantagens, como: promove um melhor custo benefício para linhas rurais e possibilita trabalhar em áreas remotas e em longas distâncias. As desvantagens são que possuem um tempo de transmissão mais alto, pode interferir com outros sistemas de telecomunicações e são mais caros em cidades. Outras informações sobre os tipos de tecnologias podem ser encontradas em [32]. 4.3.Funcionalidades A evolução tecnológica do Smart Meter ocorreu de maneira progressiva, incluindo, passo a passo, aplicações que agregam valor e maximizam as funcionalidades, minimizando os riscos de falhas e erros humanos. No AMM estão sendo implementadas as seguintes funcionalidades: 39 Suspensão e reconexão de energia remotamente: Com esta funcionalidade, é possível a suspensão e a reconexão de energia remotamente, sem a necessidade da visita do técnico da concessionária para realizar a suspensão do serviço por falta de pagamento. Isso evitaria possíveis transtornos para o funcionário que iria realizar o corte, principalmenteem comunidades de difícil acesso ou perigosas, além da redução dos custos e trabalho devido ao corte realizado da forma manual. Leitura remota do consumo: A leitura atualizada do medidor pode influenciar no controle do gasto mensal do consumidor e afetar de maneira significativa os seus hábitos de consumo. Pré-pagamento: Esta função funcionaria como um cartão pré pago, onde seria possível se limitar o valor a ser gasto. Isso poderia ser um benefício para proprietários de imóveis alugados onde os inquilinos pagariam previamente por seu consumo. Esse sistema seria benéfico também para, por exemplo, proprietários de casas de praia que pagariam somente quando utilizassem, evitando a tarifa fixa, ou simplesmente para consumidores que desejam controlar seus gastos de uma maneira mais eficaz. Um dos benefícios para as Concessionárias com a função de pré-pagamento seria devido à eliminação dos custos do envio da fatura de forma continua. O principal benefício do sistema de pré-pagamento é no fluxo de caixa, já que com este sistema o cliente paga primeiro e consome depois. As Empresas Públicas de Medellín na Colômbia, por exemplo, conscientes desta vantagem usaram o sistema de pré- pagamento de energia de forma positiva para recuperar a carteira perdida de clientes 40 inadimplentes, que paulatinamente foram regularizando a sua dívida com pequenos descontos nos créditos vendidos através do sistema de pré-pagamento de energia. De acordo com a ABRADEE [1] com a função de Pré –pagamento: As vantagens para o consumidor seriam: Gerência de orçamento e controle de consumo; Consumo sob demanda; Não há espera de reconexão, como no modelo convencional de cobrança. As dificuldades para o Consumidor seriam: Compra de créditos de energia com frequência; Tempo e custo com deslocamento até o local de recarga; Corte de energia em situações de emergência. No dia 13 de maio de 2014, foi publicado no Diário Oficial da União a Resolução da ANEEL Nº 610/2014, que regulamenta as modalidades de pré- pagamento e pós-pagamento eletrônico de energia elétrica. De acordo com essa resolução [10]: A distribuidora deve disponibilizar ao consumidor um crédito inicial de 20 kWh, o qual deverá ser pago pelo consumidor quando da sua primeira compra de créditos. Após a primeira compra, a distribuidora deve permitir ao consumidor a compra de qualquer valor igual ou superior a 5 kWh. A distribuidora deve atender, sem ônus, ao consumidor que solicitar adesão a qualquer uma das modalidades de faturamento de que trata esta Resolução, desde que sua unidade consumidora se situe nos municípios ou localidades em que a distribuidora ofereça a modalidade. Havendo a necessidade de http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2014610.pdf 41 adequação do padrão de entrada, o consumidor será responsável pelos custos decorrentes. O consumidor pode solicitar, a qualquer tempo e sem ônus, o regresso à modalidade de faturamento convencional, devendo a distribuidora providenciar a alteração em até 30 (trinta) dias, contados a partir da solicitação. Caso o consumidor possua créditos ou débitos remanescentes, este valor deve ser revertido e incluído de forma discriminada no faturamento posterior à mudança da modalidade. Muitas concessionárias reclamam das regras da ANEEL para o sistema de pré- pagamento de energia, alegando ser inviável economicamente oferecer esta modalidade de serviço ao consumidor. Implementação da Tarifa Branca: Esta é uma nova opção de tarifa que sinaliza aos consumidores a variação do valor da energia conforme o dia e o horário do consumo. A mesma será oferecida para as instalações em baixa tensão (127, 220, 380 ou 440 volts). Com a Tarifa branca, o consumidor passa a ter possibilidade de pagar valores diferentes em função da hora do dia. A proposta da tarifa branca é incentivar os clientes a deslocarem o consumo dos períodos de ponta para os horários fora de ponta, nos quais a tarifa é mais barata, reduzindo o valor da fatura no fim do mês. A tarifa branca será facultativa, e caso o cliente não pretenda modificar seus hábitos de consumo, a tarifa convencional continuará disponível [11]. A Tarifa Branca funcionará da seguinte forma: Nos dias úteis, o valor da Tarifa Branca varia em três horários: ponta, intermediário e fora de ponta. Na ponta e no 42 intermediário (das 17h às 18h e das 21h às 22h), a energia é mais cara. Fora de ponta, é mais barata. Nos finais de semana e feriados nacionais, o valor é sempre fora de ponta, como pode ser visualizado na figura abaixo: Figura 21- Comparativo entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional [11] De acordo com a ANEEL é importante que o consumidor, antes de optar pela Tarifa Branca, conheça seu perfil de consumo e a relação entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional. A Tarifa Branca não é recomendada se o consumo for maior nos períodos de ponta e intermediário e não houver possibilidade de transferência do uso dessa energia elétrica para o período fora de ponta. Quanto mais o consumidor deslocar seu consumo para o período fora de ponta e quanto maior for a diferença entre essas duas Tarifas, maiores são os benefícios da Tarifa Branca. Segundo a ANEEL [11] foram propostas as seguintes regras na audiência Pública nº 43/2013: A adesão será uma opção do consumidor, e a solicitação deverá ser atendida pela distribuidora em até 30 dias; http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/audiencia/dspListaDetalhe.cfm?attAnoAud=2013&attIdeFasAud=764&id_area=13&attAnoFasAud=2013 http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/audiencia/dspListaDetalhe.cfm?attAnoAud=2013&attIdeFasAud=764&id_area=13&attAnoFasAud=2013 43 A opção pela modalidade tarifária Branca poderá ser exercida por todos os titulares de unidades atendidas em baixa tensão, exceto aquelas classificadas como iluminação pública ou que façam uso do sistema de pré-pagamento; A adesão de uma nova ligação, no caso de o consumidor querer iniciar o fornecimento com aplicação da modalidade tarifária Branca, deve ser atendida pela distribuidora dentro dos prazos definidos pela Resolução Normativa nº 414/2010 (máximo de 5 dias em área urbana e 10 dias em área rural); O consumidor poderá retornar à Tarifa Convencional a qualquer tempo, devendo ser atendido pela distribuidora em até 30 dias. Na hipótese desse retorno à Convencional, uma nova adesão à Tarifa Branca só seria possível após o decurso de 180 dias; Os custos relativos ao medidor e à sua instalação são de responsabilidade da distribuidora; eventuais custos para alterações no padrão de entrada da unidade consumidora competem ao solicitante; A fatura deverá discriminar os valores de consumo em cada período (ponta, fora de ponta e intermediário); Os descontos da Tarifa Social devem ser concedidos de forma progressiva, observados os respectivos períodos em que tenha ocorrido o consumo e aplicados os descontos da faixa de consumo seguinte somente quando ultrapassado o limite máximo de consumo da faixa anterior. A Tarifa Branca incentiva os clientes a consumirem em horários fora de ponta e isso pode reduzir significativamente a curva de carga mostrada na figura 13, além da necessidade de ampliação das redes de distribuição para atendimento do horário de pico. Visualização da curva de carga: 44 Uma outra funcionalidade dos Smart Meters é a possibilidade de visualização da curva de carga dos consumidores. Com isso, se torna possível um monitoramento em tempo real, no qual se permite que a distribuidora saiba remotamente a quantidade da energia que está sendo consumida em cada domicílio, e com isso, tanto a empresa fornecedora quanto os clientes terão como acompanhar de maneira mais próxima e frequente o consumo. Isso fará com que as pessoas tenham maior controle sobre seus gastos com o consumo de energiae a concessionária conheça melhor os hábitos dos seus clientes. Analisando-se o ponto de vista das concessionárias, a tarifa branca não atende totalmente as suas expectativas, razão pela qual a sua implantação está sendo prejudicada. Os principais motivos são os seguintes: A tarifa branca não vai diminuir a demanda de energia nos horários de pico. Considerando que a sua adesão é optativa para o consumidor, para a maioria dos consumidores residenciais não oferece nenhuma vantagem, muito pelo contrário: aquelas famílias que não tem como mudar os seus hábitos de consumo devido, por exemplo, a que os pais trabalham durante o dia e só voltam a noite para as suas casas sem que ninguém permaneça nos imóveis durante o dia. Poderá haver redução de receita para a concessionária sem mudança nos hábitos do consumidor. Da forma como a legislação está sendo aplicada neste momento, existem usuários que podem aderir à tarifa branca, sem mudar os seus hábitos de consumo e ainda reduzir o valor que pagam à concessionária. 45 Sem leitura automática dos medidores, a eficiência no processo de leitura se reduz em no mínimo 30% já que o leiturista precisa anotar as leituras de pelo menos 3 registradores para cada uma das tarifas implementadas em cada medidor de tarifa branca. 4.4. Smart Grid Smart Grid baseia-se na utilização intensiva de tecnologia da informação, automação e comunicações para monitoramento e controle da rede elétrica, a qual permitirá a implantação de estratégias de controle e otimização da rede de forma muito mais eficiente que as atualmente em uso. A bidirecionalidade do medidor inteligente de energia se dá ao sistema de comunicação e não à capacidade de medir nos quatro Quadrantes. A medição Bidirecional não é uma característica do medidor inteligente, a característica é a comunicação entre os seus dispositivos. 4.4.1. Principais características das Redes Elétricas Inteligentes [18]: Sistemas de medição centralizada baseados na utilização de medidores inteligentes e redes de comunicação de dados dedicadas, os quais permitirão uma comunicação bidirecional entre as empresas concessionárias do serviço de energia elétrica e os clientes; Sensores, atuadores e controladores inteligentes distribuídos ao longo da Rede que permitirão a reconfiguração da mesma automaticamente em caso de falhas nos componentes, reduzindo o tempo de interrupção do fornecimento de energia; Facilidade de conexão e desconexão à Rede elétrica de geradores de pequeno e médio porte e dispositivos armazenadores de energia 46 As características acima proporcionarão mudanças substanciais no funcionamento dos sistemas de energia elétrica nos seguintes aspectos: Gerenciamento da Demanda: a possibilidade de aquisição e comunicação rápida de informações de consumo e tarifas de energia variáveis no tempo permitirá uma melhoria no perfil de consumo de energia elétrica. Segurança e Qualidade: a disponibilização de recursos para reconfiguração automática da rede elétrica permitirá um elevação no nível de confiabilidade no suprimento de energia elétrica. Nas redes de distribuição, a reconfiguração automática permitirá o rápido isolamento de partes afetadas da rede e o restabelecimento do fornecimento à maior parte dos clientes. Geração Distribuída e Armazenamento de Energia: a facilidade de conexão de geradores de médio porte (poucos MW) e pequeno porte (poucos kW) às redes de distribuição em média ou baixa tensão, proporcionada pelas Redes Elétrica Inteligentes, reforçará uma tendência já observado em passado recente da introdução da geração distribuída em complementação às grandes centrais geradoras; em particular, a utilização de fontes alternativas, tais como fotovoltaica e eólica, apresenta a vantagem de reduzir o impacto ambiental de grandes centrais de geração e sistemas de transmissão a longa distância. No Brasil, o conceito de Redes Elétricas Inteligentes vem sendo difundido rapidamente e observa-se já intensa atividade em algumas empresas e órgãos governamentais. A ANEEL está realizando consultas e audiências públicas visando a implantação de medidores eletrônicos em unidades residenciais, incentivo a geração distribuída de pequeno porte a partir de fontes renováveis de energia e conectada na 47 rede de distribuição, e modificações na estrutura tarifária visando variação horária e sazonal da tarifa para consumidores residenciais [18]. 4.5.Gerenciamento Pelo Lado da Demanda O Gerenciamento pelo lado da Demanda (GLD), refere-se a qualquer atividade adotada pelas empresas fornecedoras de energia elétrica para alterar o padrão de consumo de energia, buscando a resolução de diversos problemas operacionais através da modificação e/ou redução da carga do sistema [19]. O modelo de Rede Elétrica Inteligente, conhecido como Smart Grid, viabiliza a implantação do sistema de Gerenciamento pelo Lado da Demanda, uma vez que pode ser definida como uma rede que utiliza avançada tecnologia para coordenar e monitorar o transporte de eletricidade em tempo real com fluxo de energia e de informações bidirecionais entre o sistema de fornecimento de energia e o cliente final. Com isso, devido à evolução das funcionalidades do Smart Meter, este é uma importante ferramenta para realizar esse controle do fluxo de energia e possibilitar a realização do Sistema de Gerenciamento pelo Lado da Demanda. O GLD normalmente se dá por duas vias: O GLD Direto, onde a concessionária determina as cargas a serem reduzidas ou desconectadas, segundo condições especificadas em um contrato de interrupção com o consumidor; ou ainda, o GLD Indireto, onde o próprio consumidor remaneja a sua demanda em resposta a sinais de preços gerados pela concessionária [19]. Espera-se que os Smart Meters, além de uma avançada Infraestrutura, forneçam preços que variem no tempo para os consumidores levando-os a reduzir a demanda em períodos de pico. Alternativamente um controle direto da carga enviadas através dos medidores inteligentes será usado para reduzir automaticamente a demanda [28]. 48 4.5.1. O GLD Indireto São programas que não permitem o Controle Direto da Carga, como: tarifas diferenciadas, que incentivam o consumo no horário fora de ponta; programas de educação do consumidor, que os ensinam a conservar energia; e programas governamentais que dão descontos em aparelhos mais modernos e que consomem menos energia elétrica 4.5.2. O GLD Direto com controle da carga Um controle direto de carga pode ser fornecido por algumas concessionárias, no que involve permitir que a concessionária exerça um controle remoto sobre o uso de energia, desligando os aparelhos de um cliente (por exemplo, ar condicionado) para reduzir a carga no horário de pico ou desconectar um cliente após exceder um valor pré- definido ou pré-pago [22]. O Controle de Carga Direto é baseado em um acordo facultativo entre a concessionária e o cliente, onde este que participa de programas de controle direto recebe uma compensação na conta de energia elétrica, ou seja, a conta de luz é reduzida [31]. As aplicações mais comuns são em ar condicionado, aquecedores de água e bombas de piscina, classificados como aparelhos “interruptíveis”, podendo ser pausado e religado. Equipamentos “não-interruptíveis”, como máquinas de lavar e máquinas de lavar louça, precisam ser operados continuamente e não se aplicam a uma política baseada em Controle Direto da Carga [17]. No Brasil ainda não há programas de controle direto de carga, e os esforços para sua implantação são pouco significativos. A Resposta à Demanda é considerada uma importante maneira de reduzir a demanda em horários de pico. Usando a resposta à demanda, os sistemas de potência 49 poderiam reduzir a taxa de geradores necessários em picos de demanda, reduzindo assim os custos de geração e emissão
Compartilhar