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Apostila de Instalações Elétricas de Distribuição Ver2.1 Introdução ao Sistema Elétrico Professor: Jorge Alexandre Alencar Fotius 2 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius 1 – Introdução ao Sistema Elétrico O sistema elétrico ou sistemas elétricos de potência (SEP) é uma rede (conjunto de circuitos elétricos) interconectada para entregar energia elétrica gerada pelos produtores aos consumidores. O SEP é formado pelo conjunto de centrais elétricas, subestações, linhas de transmissão e redes de distribuição, que estão interligados eletricamente. Os sistemas elétricos variam em tamanho desde um sistema elétrico de uma edificação à sistemas elétricos nacionais, esse que cobrem e atendem um país. Na Figura 1 são apresentados os blocos que compõem um sistema elétrico nacional. • Geração – bloco que tem a função de converter alguma forma de energia em energia elétrica (hidroelétricas, termoelétrica, usinas eólicas e outros). • Transmissão – bloco responsável pelo transporte da energia elétrica dos centros de produção para os centros de consumo (linhas de transmissão). • Distribuição – bloco que distribui a energia elétrica recebida dos outros blocos para os consumidores (linhas de distribuição). Figura 1 – Esquema de um sistema elétrico. Fonte: Modificado macrovector / Freepik Bloco da geração de energia elétrica A energia elétrica é produzida nas centrais geradoras ou usinas elétricas, tais como: usinas hidrelétricas, usinas termoelétricas, parques eólicos, centrais nucleares e outros. Nessas centrais geradoras são convertidas as fontes de energia primárias em energia elétrica e as mais comuns são: as térmicas e as hidroelétricas. Na primeira são utilizados sistemas de geração de vapor através da queima de combustíveis (carvão mineral, gás natural, biomassa e derivados do petróleo) ou da fissão nuclear. O vapor é utilizado em turbinas com um gerador elétrico acoplado. Há outra forma bastante utilizada nas termoelétricas que é a queima de combustíveis fósseis em grupo de moto de ciclo diesel acoplado com alternadores. As usinas hidroelétricas usam o movimento da água, devido a conversão da energia potencial gravitacional em energia Geração Transmissão Distribuição Consumo Imagens por macrovector / Freepik Subestação 3 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius cinética, e que flui através das turbinas para converter a energia cinética em energia elétrica. Apesar desses métodos de conversão em energia elétrica serem os mais comuns, existem outras formas de geração de eletricidade. Bloco da transmissão de energia elétrica Para a energia elétrica ser transportada pelos fios da cidade, é necessário aumentar a tensão e depois reduzir para o uso conforme apresentado na Figura 2. O principal motivo é a distância geográfica das principais usinas geradoras dos centros consumidores de carga. Portanto o sistema de transmissão faz a conexão entre as usinas, distribuidores e alguns consumidores para que a energia elétrica produzida possa ser utilizada. Essa parte de um sistema elétrico é responsável pelo transporte, com condutores e equipamentos elétricos, em distâncias variadas com diferentes níveis de tensão. Esse último ocorre nas subestações elevadoras e abaixadoras através de transformadores. Portanto a subestação elétrica (SE) é parte fundamental e agrupa os equipamentos, condutores e acessórios destinados à proteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas. • Subestação elevadora - Numa subestação elevadora, os transformadores elevam o nível de tensão para efetuar o transporte. • Subestação redutora - Numa subestação redutora, os transformadores baixam o nível de tensão para efetuar a distribuição. Figura 2 – Diagrama do funcionamento básico do sistema elétrico. Fonte: Próprio autor O sistema de transmissão pode ser dividido conforme o campo de aplicação em: transmissão e subtransmissão. A rede de transmissão ou rede básica é composta pelas instalações de transmissão que tenham as linhas de transmissão, barramentos, transformadores de potência e equipamentos de subestação em tensão igual ou superior a 230 kV ou transformadores de potência com tensão primária igual ou superior a 230 kV e tensões secundária e terciária inferiores a 230 kV. Já a rede de subtransmissão é o conjunto de circuitos (linhas elétricas e subestações) que conectam as barras de rede básica ou de geradores às subestações de distribuição, em tensões típicas iguais ou superiores a 69kV e inferiores a 230kV. Apenas os consumidores muito grandes são alimentados diretamente a partir do sistema de transmissão. Bloco da distribuição de energia elétrica A maioria dos consumidores de energia elétrica está conectada à rede de distribuição. A rede de distribuição é composta pelo conjunto de linhas de distribuição e de equipamentos associados, com tensão típica inferiores a 69kV, que transportam a energia à maior parte dos 4 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius consumidores. As tensões de distribuição primária variam de 11 a 34,5 kV. Os consumidores da rede de distribuição secundária estão ligados à um transformador, o que reduz para a baixa tensão. Tipicamente, uma subestação de distribuição tem como características: • Transformadores para reduzir a tensão de transmissão para a tensão de distribuição; • Barramento para direcionar a energia para várias cargas; • Comumente haverá disjuntores e chaves, para desconectar a subestação da rede de transmissão ou desconectar linhas que alimentam as redes de distribuição. O serviço público brasileiro de distribuição de energia elétrica é realizado por concessionárias, permissionárias e autorizadas. Esses agentes são autorizados pelo governo federal. Segundo dados do responsável do setor elétrico, desde 2018 temos 109 agentes distribuídos em: 53 concessionárias, 43 permissionárias e 13 Autorizadas. Esses agentes, que atuam no mercado de distribuição, são empresas públicas, privadas ou de economia mista Tensões nominais no sistema de potência brasileiro A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) e os demais órgãos associados (IEEE, ABNT etc.) definem circuitos de alta tensão (AT) como aqueles com mais de 1000 V em corrente alternada (CA) ou superior a 1500 V em corrente contínua (CC). Já os de circuitos de baixa tensão (BT) são os que possuem tensão entre 50 a 1000 V em CA ou 120 a 1500 V em CC. No entanto, também foi definido a média tensão (MT) como aqueles circuitos que trabalham na faixa de 1 kV a 35 kV em CA. A tensão da rede de distribuição de energia é reduzida para valores padronizados. Os valores eficazes das tensões na frequência padrão de 60 Hz, utilizados no Brasil são fixados por decreto e são apresentadas a seguir, na Tabela 1. A tensão primária de distribuição é a tensão disponibilizada no sistema elétrico da distribuidora, com valores padronizados iguais ou superiores a 2,3 kV, enquanto a tensão secundária de distribuição é disponibilizada com valores padronizados inferiores a 2,3 kV. Tabela 1 - Níveis de tensão nominal em corrente alternada. Fonte: (BRASIL, 1973) Tensão Padronizada (kV) Aplicação Parte do Sistema de Potência 0,380/0,220 e 0,220/0,127 em redes trifásicas; 0,440/0,220 e 0,254/0,127 em redes monofásicas; Distribuição Secundária (BT) Distribuição 34,5 - 13,8 Distribuição Primária (MT) 34,5 - 13,8 Subtransmissão MT Transmissão 138 - 69 Subtransmissão AT 750 – 500 – 230 Transmissão Sistema Interligado Nacional - SIN O Sistema Interligado Nacional (SIN), apresentado na Figura 3 é composto por sistemas de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil. Essa integração da geração e da transmissão permite uma operação com confiabilidade e economicidade do mercado de energia elétrica nacional. O sistema apresenta uma geração hidro-termo-eólico de grande porte,sendo 5 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius as usinas hidrelétricas com múltiplos proprietários a maior parte. O Sistema Interligado Nacional é formado por quatro subsistemas: Sul, Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e a maior parte da região Norte. Pelo tamanho e características, o permitem considerá-lo único em âmbito mundial. Existe a interconexão dos subsistemas elétricos através de uma malha de transmissão, que permite a transferência de energia entre subsistemas e adiciona benefícios da sinergia devido às características típicas de cada sistema. Como a maior parte da geração de energia elétrica do SIN é composto por usinas hidrelétricas, um exemplo da sinergia é aproveitar a diversidade entre os regimes das bacias hídricas para minimizar os riscos para esse tipo de geração. Porém nos últimos anos, a instalação de usinas eólicas e solares proporcionou um forte crescimento e aumentou a participação dessas fontes de geração na matriz brasileira. Já as usinas térmicas, que na maioria estão localizadas próximas aos principais centros de carga, permitem o aumento na confiabilidade do sistema. Essa função estratégica é devido aos riscos associados às condições hidrológicas, pois permitem o gerenciamento dos volumes de água armazenada nos reservatórios das usinas hidrelétricas visando assegurar o atendimento futuro. Segundo dados da ONS (OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO, 2019), menos de 1% da carga do país encontra-se fora do SIN, em sistemas isolados. Atualmente, existem 235 Sistemas Isolados, localizados principalmente em alguns estados da região norte, n estado do Mato Grosso e da ilha de Fernando de Noronha. Esses sistemas são atendidos O atendimento principalmente por usinas térmicas que usam como combustível o óleo Diesel. Uma característica importante nesse sistema isolado é o elevado número de unidades geradoras de pequeno porte e pela grande dificuldade na logística de combustível. A geração deve ter capacidade disponível para atender a carga total em qualquer instante, portanto é necessária uma reserva de potência para absorver possíveis falhas ou flutuações de carga. Figura 3 – Mapa do sistema Interligado nacional operacional em 2020. Fonte: SINDAT / ONS, 2020 6 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius No Brasil, a fonte hidráulica é a que mais contribui para produção de energia elétrica, dentre as fontes primárias e secundárias de energia elétrica. Geralmente as grandes usinas hidrelétricas estão em regiões quase sempre distantes dos centros consumidores. Segundo dados do Balanço Energético Nacional de 2019 (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (BRASIL), 2019), A energia hidráulica ou hídrica corresponde a 64% da capacidade instalada. Em 2012, essa fonte correspondia a mais de 75%. A crise hídrica nesse período resultou na adição de potência instala de outras fontes como a biomassa e eólica. A energia solar começa a aparecer com uma participação significativa principalmente devido aos incentivos pela geração distribuída e usinas fotovoltaicas nos últimos anos. Os dados relativos ao ano 2018 são apresentados no gráfico da Figura 4. Figura 4 – Participação das Fontes de geração na capacidade instalada em 2018. Fonte: Balanço Energético Nacional 2019: Ano base 2018 / EPE Estrutura Organizacional do Setor Elétrico Brasileiro O atual modelo do setor elétrico brasileiro foi implantado em 2004 criou instituições e alterou funções de outras já existentes. O órgão regulador e fiscalizador do setor elétrico é a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). No modelo foram criados o Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE), que é responsável por avaliar permanentemente a segurança do suprimento de energia elétrica no Brasil; e a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), responsável pelo planejamento de longo prazo e estudos energéticos, o que inclui o setor elétrico. Todas essas entidades estão ligadas ao Ministério de Minas e Energia (MME), que é responsável por implementar as políticas energéticas definidas no Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), esse ligado à Presidência da República e formado por diversos ministérios. Já o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) é responsável pela operação das instalações de geração e transmissão no sistema interligado brasileiro. Para organizar o mercado de energia elétrica, foi criada a Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE). A estrutura do setor elétrico brasileiro é mostrada na Figura 5. 64,0% 15,8% 9,1% 8,8% 1,2% 1,1% Participação na Potência Instalada Hídrica Fóssil Biomassa Eólica Nuclear Solar 7 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Figura 5 – Organização do sistema elétrico brasileiro. Fonte: CCEE Conselho Nacional de Política Energética (CNPE): É o órgão multiministerial que assessora a Presidência da República na formulação de políticas nacionais e diretrizes de energia. Alguns objetivos são: políticas que visem o aproveitamento natural dos recursos energéticos do país, revisão periódica da matriz energética e estabelecer diretrizes para programas específicos. Ministério de Minas e Energia (MME): É o responsável pela formulação, planejamento e implementação de ações do Governo Federal na esfera da política energética nacional. Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE): Foi criado em 2004 e é coordenado diretamente pelo MME. Sua função principal é monitorar e avaliar permanentemente as condições de segurança e continuidade do suprimento de energia no país. Empresa de Pesquisa Energética (EPE): É empresa pública federal e tem por finalidade prestar serviços ao Ministério de Minas e Energia (MME) na área de estudos e pesquisas destinadas a subsidiar o planejamento do setor energético, cobrindo energia elétrica, petróleo e gás natural e seus derivados, biocombustíveis, carvão mineral, fontes energéticas renováveis e eficiência energética, dentre outras. Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL): Autarquia sobre regime especial, vinculada ao MME, com as seguintes finalidades: • Regular a produção, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica; • Fiscalizar, diretamente ou mediante convênios com órgãos estaduais, as concessões, as permissões e os serviços de energia elétrica; • Implementar as políticas e diretrizes do governo federal relativas à exploração da energia elétrica e ao aproveitamento dos potenciais hidráulicos; • Estabelecer tarifas; • Mediar, na esfera administrativa, os conflitos entre os agentes e entre esses agentes e os consumidores; • Por delegação do governo federal, promover as atividades relativas às outorgas de concessão, permissão e autorização de empreendimentos e serviços de energia elétrica. CNPE MME ANEEL Agentes Geradores Agentes de Transmissão Agentes de Distribuição Consumidores Livres Agentes Importadores Agentes Exportadores Comercialização de energia ONS CCE CMSE EPE 8 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE): Constituída em 2004 como associação civil sem fins lucrativos, sob regulação e fiscalização da ANEEL, com finalidade de viabilizar a comercialização de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN). Administra os contratos de compra e venda de energia elétrica, sua contabilização e liquidação. Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS): É o órgão responsável pela coordenação e controle da operação de geração e transmissão, no âmbito do SIN, sob regulação e fiscalização da ANEEL. Agentes do setor de energia elétrica: • Agentes Geradores: São entidades autorizadas ou concessionárias de geração de energia elétrica, que operam plantas de geração e prestam serviços auxiliares. • Agentes de Transmissão: São possuidores de concessão para transmissão de energia elétrica. • Agentes de Distribuição: São os operadoresdo sistema de distribuição na sua respectiva área de concessão. Participam do Sistema Interligado como usuários da rede básica. Contratam serviços de transmissão de energia e serviços suplementares da ONS. • Consumidores Livres: São consumidores que têm a opção de escolher seu fornecedor de energia elétrica, conforme definido em resolução da ANEEL. • Agentes Importadores ou Exportadores: São agentes titulares de autorização para implantação de sistemas de transmissão associados à importação ou exportação de energia elétrica. Mercado de energia elétrica A comercialização de energia elétrica passou a contar com dois ambientes de negociação: o Ambiente de Contratação Regulada (ACR) e o Ambiente de Contratação Livre (ACL). Também existe o mercado de curto prazo ou mercado de diferenças, que permite ajustar as diferenças entre os volumes contratados e os volumes medidos de energia. O ambiente ACR é composto por agentes da geração e distribuição de energia elétrica, e faz uso no modelo de leilões de energia. O objetivo é alcançar o princípio da modicidade tarifária, que é buscar os valores das tarifas acessíveis aos usuários. As tarifas devem ser de modo a não onerar excessivamente, pois se trata de um serviço público que deve a uma necessidade básica da Sociedade. Os agentes do setor de distribuição compram a energia elétrica no ambiente regulado, pois o critério usado é o de menor tarifa, o que visa a redução do custo de aquisição da energia elétrica a ser repassada aos consumidores cativos das distribuidoras. Os consumidores cativos são aqueles que compram a energia das concessionárias de distribuição às quais estão ligados. As unidades consumidoras pagam apenas uma fatura de energia mensal com as tarifas reguladas pelo Governo através da ANEEL, que já incluem os serviços de distribuição e de geração da energia. O ambiente ACL é formado pelos: geradores, distribuidores, comercializadores, importadores e exportadores e dos consumidores livres e especiais. Nesse segmento do mercado de energia elétrica, são realizadas as operações de compra e venda de energia elétrica através de contratos livremente negociados entre as partes, conforme as regras e os procedimentos de comercialização específicos. Os consumidores livres são empresas com alto consumo que tem o direito de comprar energia diretamente do fornecedor, que resulta firmar 9 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius contratos financeiramente mais atraentes. Esses fornecedores podem ser um gerador ou comercializador, sendo esse último formado por empresas, que não necessariamente possuem usinas para gerar energia elétrica. Elas compram a energia de diferentes geradores, criando um portfólio diversificado e ofertam aos consumidores ou a outros agentes compradores. Cada unidade consumidora livre paga uma fatura referente ao serviço de distribuição para a concessionária local (tarifa regulada) e uma ou mais faturas referentes à compra da energia dos fornecedores com preços negociados em contratos. Existem dois tipos de consumidores no mercado livre: Consumidor Livre e Consumidor Especial. • Consumidor Especial pode ser a unidade ou conjunto de unidades consumidoras localizadas na área adjacente ou de mesmo CNPJ, cuja carga seja maior ou igual a 500 kW (soma das demandas contratadas) e tensão mínima de 2,3 kV. O Consumidor Especial pode contratar apenas Energia Incentivada. • Para ter a opção de ser Consumidor Livre, cada unidade consumidora deve apresentar demanda contratada a partir de 3.000 kW, e desde julho de 1995, a tensão mínima de ligação é de 2,3 kV, anteriormente era de 69kV. O Consumidor Livre Convencional pode contratar Energia Convencional ou Incentivada. Todos os contratos de compra e venda de energia devem ser registrados na CCEE, e ela realiza a medição dos valores de energia produzidos e consumidos por cada agente. Já no Mercado de Curto Prazo é realizada a contabilização dos contratos e liquidação financeira das diferenças, positivas ou negativas, nos valores gerados, contratados e consumidos, por isso também conhecido como Mercado de Diferenças. As diferenças são liquidas pelo Preço de Liquidação das Diferenças (PLD). O PLD é determinado semanalmente para cada patamar de carga com base no Custo Marginal de Operação, limitado por um preço máximo e mínimo vigentes para cada período de apuração e para cada subsistema do SIN. Os intervalos de duração de cada patamar são determinados para cada mês de apuração pelo ONS e informados à CCEE. Na Figura 6 Erro! Fonte de referência não encontrada.é apresentada a relação entre os diversos agentes do sistema elétricos e suas relações tarifárias entre os blocos de: geração, transmissão e distribuição. A remuneração para uso do sistema de transmissão é feita por meio da aplicação das Tarifas de Uso do Sistema de Transmissão (TUST). Esse encargo legal do setor elétrico brasileiro incide sobre os agentes conectados aos sistemas elétricos das concessionárias de transmissão (Exemplo da CHESF). O pagamento pelo uso do sistema de distribuição é feito pela aplicação das Tarifas de Uso do Sistema de Distribuição (TUSD). Nesse caso é aplicado sobre os agentes conectados aos sistemas elétricos das distribuidoras de energia elétrica. No caso dos consumidores cativos, essa parcela é incluída dentro da tarifa de energia elétrica. Muitas fontes de energias foram incentivadas através de descontos nessas tarifas e ambas são determinadas pela ANEEL em R$/MWh ou em R$/kW e possuem subdivisões. A seguir é mostrada algumas das subdivisões da TUSD: • TUSD - Fio A: serviço de transmissão de energia elétrica • TUSD - Fio B: serviço de distribuição de energia elétrica • TUSD - Encargos do Serviço de Distribuição: encargos do próprio sistema de distribuição. • TUSD - Perdas Técnicas e TUSD - Perdas Não Técnica: perdas elétricas técnicas e não técnicas, 10 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Figura 6 – Relação entre agentes e consumidores. Fonte: Próprio autor. Tarifação de energia elétrica O sistema tarifário de energia elétrica vigorante no Brasil é um conjunto de normas e regulamentos que tem por finalidade estabelecer o preço da eletricidade para os diversos tipos de consumidores. A tarifa de energia elétrica procura prover um retorno financeiro satisfatório para os agentes, pois eles realizam investimentos e operam o sistema, como atender ao interesse público e o direito de acesso ao serviço público, portanto o aspecto econômico para os consumidores. As tarifas podem ser, basicamente, de dois tipos: • Monômias: Apenas uma grandeza é tarifada, no caso, o consumo efetivo de energia elétrica ativa. • Binômias: Duas grandezas são tarifadas. O consumo efetivo de energia elétrica ativa e a demanda contratada. Esse último visa remunerar a capacidade colocada à disposição dos consumidores e ainda é incorporado preços diferenciados de energia. A tarifa para energia comprada é composta pela tarifa de energia elétrica (TE) e tarifa de uso do sistema de distribuição (TUSD). Posto Tarifário Os postos tarifários são definidos pela distribuidora durante o seu processo de revisão tarifária periódica, que acontece a cada 4 ou 5 anos. • Período úmido (u): É o período de 5 (cinco) ciclos de faturamento consecutivos, referente aos meses de dezembro de um ano a abril do ano seguinte. Nesse período, devido à estação de chuvas, os reservatórios de nossas usinas hidrelétricas estão mais altos. Como o potencial hidráulico das usinas cresce, existe um incentivo (tarifas mais baixas) para que o consumo de energia seja maior neste período. Imagens por macrovector / Freepik TUST TUST TUST TUSD Transmissão Geração Consumidor Livre Consumidor Livre Distribuição Tarifa Consumidor Cativo 11 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius • Período seco (s): É o período de 7 (sete) ciclosde faturamento consecutivos, referente aos meses de maio a novembro. Nesse período, devido à falta de chuvas, os reservatórios de nossas usinas hidrelétricas estão mais baixos. Como o potencial hidráulico das usinas diminui, existe um acréscimo nas tarifas para que o consumo de energia seja menor neste período. • Horário (posto) de ponta corresponde ao intervalo de três horas consecutivas, definido por cada concessionária local, compreendido entre 17 e 22 horas, com exceção feita aos sábados, domingos e feriados nacionais. • Horário (posto) intermediário: É o período de horas combinadas ao horário de ponta, aplicado exclusivamente às unidades consumidoras que optem pela Tarifa Branca. Pode variar de 1h à 1h30 antes e depois do horário de ponta. • Horário (posto) fora de ponta: É o período diário composto pelas horas consecutivas e complementares ao horário de ponta e intermediário. corresponde às horas complementares às três horas do horário de ponta, acrescido do total das horas dos sábados e domingos. • Horário especial: é um período de 8h30min do dia que abrange toda a madrugada. A carga destinada à irrigação ou aquicultura recebe um desconto na tarifa de acordo com a região em que se localiza e aplicado às unidades consumidoras da subclasse rural irrigante ou aquicultura. Porém esse desconto deve ser zerado a partir de 2023, conforme resolução normativa nº 800 de 19 de dezembro de 2017 da ANEEL. Classificação dos consumidores Grupo “A”: É composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão inferior a 2,3 kV por sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste grupo. É caracterizado pela estruturação tarifária binômia de fornecimento. Esse grupo se divide nos seguintes subgrupos: • Subgrupo A1 - tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV; • Subgrupo A2 - tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV; • Subgrupo A3 - tensão de fornecimento de 69 kV; • Subgrupo A3a - tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV; • Subgrupo A4 - tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV; e • Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV, a partir de sistema subterrâneo de distribuição. Grupo “B”: É composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 2,3kV, ou, ainda, atendidas em tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste grupo, caracterizada pela estruturação tarifária monômia de fornecimento. Esse grupo se divide nos seguintes subgrupos: • Subgrupo B1 - residencial; • Subgrupo B2 - rural; • Subgrupo B3 - demais classes; • Subgrupo B4 - Iluminação Pública. Modalidade tarifária: conjunto de tarifas aplicáveis às componentes de consumo de energia elétrica e demanda de potência ativas, considerando as seguintes modalidades: 12 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius • Modalidade tarifária convencional monômia: aplicada às unidades consumidoras do grupo B, caracterizada por tarifas de consumo de energia elétrica, independentemente das horas de utilização do dia; • Modalidade tarifária horária branca: aplicada às unidades consumidoras do grupo B, exceto para o subgrupo B4 e para as subclasses Baixa Renda do subgrupo B1, caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica, de acordo com as horas de utilização do dia; • Modalidade tarifária convencional binômia: aplicada às unidades consumidoras do grupo A, caracterizada por tarifas de consumo de energia elétrica e demanda de potência, independentemente das horas de utilização do dia; • Modalidade tarifária horária verde: aplicada às unidades consumidoras do grupo A, caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica, de acordo com as horas de utilização do dia, assim como de uma única tarifa de demanda de potência; • Modalidade tarifária horária azul: aplicada às unidades consumidoras do grupo A, caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica e de demanda de potência, de acordo com as horas de utilização do dia; Bandeira tarifária: Em 2015 foi adicionada nas contas de energia as Bandeiras Tarifárias, que apresenta as seguintes modalidades: verde, amarela e vermelha. As bandeiras indicam se haverá ou não acréscimo no valor da energia em função das condições de geração de eletricidade a ser repassada a todos os consumidores cativos das distribuidoras, com exceção daqueles localizados em sistemas isolados. Cada modalidade apresenta as seguintes características: • Bandeira verde: condições favoráveis de geração de energia. A tarifa não sofre nenhum acréscimo. • Bandeira amarela: condições de geração menos favoráveis. A tarifa sofre acréscimo de R$ 0,01343 para cada quilowatt-hora (kWh) consumidos; • Bandeira vermelha - Patamar 1: condições mais custosas de geração. A tarifa sofre acréscimo de R$ 0,04169 para cada quilowatt-hora kWh consumido. • Bandeira vermelha - Patamar 2: condições ainda mais custosas de geração. A tarifa sofre acréscimo de R$ 0,06243 para cada quilowatt-hora kWh consumido. Faturamento de Energia Elétrica Montante de uso do sistema de distribuição (MUSD): Potência ativa média calculada em intervalos de 15 (quinze) minutos, injetada ou requerida pelo sistema elétrico de distribuição pela geração ou carga, em kW. MUSD Contratado ou Demanda Contratada: Potência ativa contratada pelo acessante junto à distribuidora, para uso em suas instalações de utilização de energia elétrica. Demanda de potência elétrica ativa (kW): • uma tarifa para horário de ponta (R$/kW); e • uma tarifa para horário fora de ponta (R$/kW). Energia elétrica ativa: é aquela que pode ser convertida em outra forma de energia, expressa em quilo-Watts-hora (kWh) 13 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Consumo de energia elétrica ativa (kWh ou MWh): • uma tarifa para horário de ponta (R$/MWh ou R$/kWh); • uma tarifa para horário fora de ponta (R$/MWh ou R$/kWh); Energia elétrica reativa: é aquela que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema CA, sem produzir trabalho, expressa em quilo-Volt- Ampère-reativo-hora (kVArh) Tensão de fornecimento • Tensão secundária de distribuição em rede aérea: quando a carga instalada na unidade consumidora for igual ou inferior a 75 kW. • Tensão secundária de distribuição em sistema subterrâneo: até o limite de carga instalada conforme padrão de atendimento da distribuidora. • Tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: quando a carga instalada na unidade consumidora for superior a 75 kW e a demanda a ser contratada pelo interessado, para o fornecimento, for igual ou inferior a 2.500 kW. • Tensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV ou de Subtransmissão: quando a demanda a ser contratada pelo interessado, para o fornecimento, for superior a 2.500 kW. Legislação do setor elétrico Resolução Normativa Nº 414/2010: É a norma que estabelece as Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica. Ela regula, estabelecendo os seus direitos e deveres, os pontos a serem verificados pelos consumidores e distribuidoras de energia elétrica. Procedimentos de Distribuição – PRODIST: São documentos elaborados pela ANEEL e normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. São um conjunto de regras com objetivo de subsidiar os agentes e consumidores na identificação e classificação de suas necessidades para o acesso ao sistema elétrico de distribuição. Os Módulos PRODIST são: o Módulo 1 - Introdução o Módulo 2 - Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição o Módulo 3 - Acesso ao Sistema de Distribuição o Módulo 4 - Procedimentos Operativos do Sistema de Distribuição o Módulo 5 - Sistemas de Medição o Módulo 6 - Informações Requeridas e Obrigações o Módulo 7 - Cálculo de Perdas na Distribuiçãoo Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica o Módulo 9 - Ressarcimento de Danos Elétricos o Módulo 10 - Sistema de Informação Geográfica Regulatório o Módulo 11 - Fatura de Energia Elétrica e Informações Suplementares Módulo 3 – Acesso ao Sistema de Distribuição O módulo 3do PRODIST estabelece as condições de acesso, compreendendo a conexão e o uso do sistema de distribuição. Também define os critérios, requisitos e informações técnicas e operacionais necessária a implementação da conexão de acessantes novos e existentes. Na Figura 7 é apresentado o fluxograma para o processo de consulta de acesso ao sistema de http://www.aneel.gov.br/modulo-1 http://www.aneel.gov.br/modulo-2 http://www.aneel.gov.br/modulo-3 http://www.aneel.gov.br/modulo-4 http://www.aneel.gov.br/modulo-5 http://www.aneel.gov.br/modulo-6 http://www.aneel.gov.br/modulo-7 http://www.aneel.gov.br/modulo-8 http://www.aneel.gov.br/modulo-9 http://www.aneel.gov.br/modulo-10 http://www.aneel.gov.br/modulo-10 14 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius distribuição conforme o módulo 3 do PRODIST. O processo se divide em duas etapas: a consulta de acesso e a informação de acesso. Figura 7 – Fluxograma para consulta de acesso. Fonte: (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2017) A consulta de acesso deve ser formulada pelo acessante à distribuidora com o objetivo de obter informações técnicas que subsidiem os estudos pertinentes ao acesso, sendo permitido ao acessante, a indicação de um ou mais pontos de conexão de interesse. A informação de acesso é a resposta formal e obrigatória da acessada à consulta de acesso, sem ônus para o acessante, com o objetivo de fornecer informações sobre o acesso pretendido. Deve ser apresentada pela acessada ao acessante, por escrito, no prazo máximo de 60 (sessenta) dias a partir da data da consulta de acesso. Esse processo é opcional para a maioria dos solicitantes ou acessantes ao sistema, conforme Tabela 2. Tabela 2 - Etapas para viabilização do acesso em caráter permanente por tipo de acessante. Fonte: (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2017) ACESSANTE ETAPAS CONSULTA DE ACESSO / INFORMAÇÃO DE ACESSO SOLICITAÇÃO DE ACESSO / PARECER DE ACESSO Unidade Consumidora Conforme Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica – Resolução 414/2010. Central Geradora: Registro Opcionais Obrigatórias Central Geradora: Leilão Documento de Acesso para Leilão Obrigatórias Central Geradora: Autorização Obrigatórias Obrigatórias Distribuidora Opcionais Obrigatórias Agente Importador ou Exportador Opcionais Obrigatórias Micro E Minigeração Distribuída Opcionais Obrigatórias Na Figura 8 é apresentado o fluxograma simplificado para o processo de solicitação do parecer de acesso conforme o módulo 3 do PRODIST e esse processo é obrigatório para a maioria dos acesssantes ao sistema. O processo se divide em duas etapas básicas: a solicitação de acesso e o parecer de acesso. No caso da microgeração, cabe à distribuidora a realização de todos os estudos para a integração sem custo ao acessante. Consulta de Acesso Informação de Acesso Protocolo da Informação de Acesso 60 dias 60 dias 15 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Figura 8 – Fluxograma simplificado para solicitação de acesso. Fonte:(AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2017) A solicitação de acesso é o requerimento formulado pelo acessante que, uma vez entregue à acessada, implica a prioridade de atendimento, de acordo com a ordem cronológica de protocolo. Para acessantes cujo MUSD seja igual ou superior a 3 MW, a solicitação de acesso deve ser formalizada com antecedência mínima de 12 (doze) meses da data de entrada em operação do empreendimento. O parecer de acesso é o documento formal obrigatório apresentado pela acessada, sem ônus para o acessante, onde são informadas as condições de acesso, compreendendo a conexão e o uso, e os requisitos técnicos que permitam a conexão das instalações do acessante, com os respectivos prazos. Os prazos apresentados consideram que não existe pendências impeditivas por parte do acessante. Para micro e minigeração distribuída, quando não houver necessidade de melhorias ou reforços no sistema de distribuição, os prazos são: • Até 15 dias, para central de microgeração distribuída. • Até 30 dias, para central de minigeração distribuída. Os prazos acima duplicam quando houver necessidade de execução de obras de melhoria ou reforço no sistema de distribuição acessado. Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica O módulo 8 do PRODIST estabelece os procedimentos relativos à qualidade da energia elétrica (QEE). Nele é abordado a qualidade: da energia elétrica entregue (produto) e do serviço prestado e do tratamento de reclamações. Para avaliar a qualidade do produto, é definido terminologias e indicadores, que caracterizam os eventos ou perturbações no sistema elétrico e estabelece os limites ou valores de referência. Também define a metodologia de medição e a gestão das reclamações relativas à conformidade da qualidade da energia elétrica. Na avaliação da qualidade do fornecimento de energia elétrica, o módulo estabelece a metodologia para apuração dos indicadores de continuidade e dos tempos de atendimento a ocorrências emergenciais, definindo padrões e responsabilidades. Também define a metodologia de cálculo dos limites do indicador de qualidade comercial FER, que serve para avaliar a qualidade do tratamento de reclamações. Qualidade da energia elétrica Os fenômenos elétricos que devem ser tratados na avaliação da qualidade do produto entregue são: regime permanente ou transitório: Solicitação de Acesso Parecer de Acesso Celebração dos contratos de acesso Sem obras: 30 dias Com Obras: 120 dias 90 dias 16 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius 1) Regime Permanente a) Tensão em regime permanente; b) fator de potência; c) harmônicos; d) desequilíbrio de tensão; e) flutuação de tensão; f) variação de frequência. 2) Regime Transitório a) Variações de tensão de curta duração - VTCD; Os instrumentos de medição devem atender os seguintes requisitos mínimos: • Protocolos estabelecidos pelas normas vigentes da International Electrotechnical Commission (IEC) 61000 série 4 ou normas técnicas brasileiras; • Método de medição Classe A ou S, conforme norma vigente da IEC 61000-4-30. Alternativamente até o ano de 2030, para a medição de tensão em regime permanente, poderão ser utilizados instrumentos com precisão de até 1% da leitura e os valores eficazes podem ser calculados a partir de amostras coletadas em janelas sucessivas. Cada janela compreenderá uma sequência de doze ciclos (0,2 segundos) a quinze ciclos (0,25 segundos). A metodologia medição e demais instrumentação está detalhada no módulo, assim como os procedimentos de gestão das reclamações associadas à qualidade da energia elétrica. Na Tabela 3 é apresentado as faixas de classificação para avaliação do nível de tensão dos pontos de conexão. Nesta tabela é utilizado a faixa de variação da tensão na Leitura (TL) e a tensão de referência (TR). A segunda apresentado os valores em volts de variação para um sistema em 380/220V. Na terceira coluna é apresentado os valores para tensões superiores 1kV e inferiores a 69kV, que incluem a tensão de distribuição primária. No caso de uma rede de 13,8kV, a tensão de referência ou TR seria 13.800 V. Tabela 3 – Faixas de Classificação de Tensões – Tensões de Regime Permanente. Fonte: (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2018) Faixa de Classificação Pontos de conexão em Tensão Nominal 380/220 V Pontos de conexão em Tensão Nominal superior a 1 kV e inferior a 69 kV Adequada (350 ≤ 𝑇𝐿 ≤ 399) (202 ≤ 𝑇𝐿 ≤ 231) (0,93 𝑇𝑅 ≤ 𝑇𝐿 ≤ 1,05 𝑇𝑅) Precária (331 ≤ 𝑇𝐿 < 350 𝑜𝑢 399 < 𝑇𝐿 ≤ 403 ) (191 ≤ 𝑇𝐿 < 202 𝑜𝑢 231< 𝑇𝐿 ≤ 233 ) (0,90 𝑇𝑅 ≤ 𝑇𝐿 < 0,93 𝑇𝑅) Crítica ( 𝑇𝐿 < 331 𝑜𝑢 403 < 𝑇𝐿 ) ( 𝑇𝐿 < 191 𝑜𝑢 233 < 𝑇𝐿 ) ( 𝑇𝐿 < 0,90 𝑇𝑅 𝑜𝑢 1,05 𝑇𝑅 < 𝑇𝐿 ) Qualidade do serviço de fornecimento de energia elétrica O módulo 8 do PRODIST define procedimentos relativos à qualidade do serviço prestado pelas distribuidoras aos consumidores, centrais geradoras e distribuidoras acessantes do seu sistema. São definidos indicadores e padrões de qualidade de serviço de forma a acompanhar e controlar o desempenho das distribuidoras e fornecer subsídios para os planos de reforma, melhoramento e expansão da infraestrutura. Os indicadores permitem também aos consumidores e centrais geradoras parâmetros para avaliação do serviço prestado pela distribuidora. Tudo isso visando manter a qualidade na prestação do serviço público de distribuição de energia elétrica. 17 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius A ANEEL exige que as concessionárias mantenham um padrão de continuidade e edita limites para os indicadores coletivos de continuidade. Os indicadores são apurados pelas distribuidoras e enviados periodicamente para a ANEEL para verificação da continuidade do serviço prestado. Os indicadores representam o tempo e o número de vezes que uma unidade consumidora ficou sem energia elétrica para o período considerado (mês, trimestre ou ano), o que permite a avalição da continuidade de fornecimento de energia oferecida à população. • Duração equivalente de interrupção por unidade consumidora (DEC) – indica, no período de apuração, o intervalo de tempo médio em horas, que houve descontinuidade do fornecimento em cada unidade consumidora do conjunto considerado. • Frequência equivalente de interrupção por unidade consumidora (FEC) – indica o número médio de vezes, que aconteceu descontinuidade do fornecimento em cada unidade consumidora do conjunto considerado, no período de apuração. Na Tabela 4 , é mostrado o DEC e FEC estratificado do ano de 2019 para os conjuntos da COMPANHIA ENERGÉTICA DE PERNAMBUCO (CELPE) no município de Petrolina. Mostra os valores apurados e os limites definidos para cada um. Tabela 4 - Tabela com DEC e FEC Estratificado para os conjuntos no município de Petrolina (2019). Fonte ANEEL Indicadores de Continuidade por Conjunto da CELPE no município de Petrolina - Ano (2019) CONJUNTO CÓDIGO Nº DE CONSUMIDORES DEC APURADO DEC LIMITE FEC APURADO FEC LIMITE AFRANIO 15657 14637 15,27 20,00 5,15 10,00 BARRA DE BEBEDOURO 14121 13970 21,09 17,00 5,47 9,00 DOM AVELAR 14155 42674 8,26 9,00 3,76 7,00 MASSANGANO I 14184 8737 20,77 17,00 7,84 8,00 MASSANGANO II 14185 10865 10,33 17,00 2,80 9,00 MASSANGANO III 14186 3822 17,53 16,00 6,69 9,00 PETROLINA I 14201 23481 3,90 8,00 2,33 7,00 PETROLINA II 14202 42761 9,34 10,00 5,49 9,00 RAJADA 15658 5771 24,65 19,00 4,81 10,00 SANTA CRUZ 16153 15524 28,92 21,00 8,30 11,00 TOTAL DE CONJUNTOS: 10 CONSUMIDORES: 182.242 • Duração de interrupção individual por unidade consumidora ou ponto de conexão de instalações dos demais acessantes (DIC) – indica o intervalo de tempo, em horas, que houve descontinuidade de fornecimento em uma unidade ou instalação durante o período de apuração. • Frequência de interrupção individual por unidade consumidora ou ponto de conexão de instalações dos demais acessantes (FIC) – indica o número de vezes em que ocorreu descontinuidade da prestação de serviço em uma unidade ou instalação durante o período de apuração. • Duração máxima de interrupção individual por unidade consumidora ou ponto de conexão de instalações dos demais acessantes (DMIC) – indica, no período de apuração, o intervalo de tempo máximo, em horas, que aconteceu descontinuidade da prestação de serviço em uma unidade ou instalação. 18 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius • Duração da interrupção individual ocorrida em dia crítico por unidade consumidora ou ponto de conexão (DICRI) – indica a duração, em horas, de cada interrupção ocorrida em dia crítico para cada unidade consumidora ou ponto de conexão. Na Tabela 5, é mostrado a estratificação do DIC, FIC, DMIC e DICRI do ano de 2019 para alguns dos conjuntos da CELPE no município de Petrolina. A distribuidora deve informar na fatura as informações referentes aos indicadores de continuidade individuais. O consumidor de energia elétrica ou da central geradora tem o direito de solicitar à distribuidora a apuração dos indicadores DIC, FIC, DMIC e DICRI a qualquer tempo. Também é direito do consumidor ou da central geradora de receber uma compensação, caso sejam violados os limites de continuidade individuais relativos ao seu fornecimento, para apuração mensal, trimestral e anual. Os critérios e as formas de calcular para aplicação das compensações são apresentados em detalhes no módulo 8. Existe também os indicadores de tempo de atendimento às ocorrências emergenciais, sendo obrigação da distribuidora informar à ANEEL. Tabela 5 – Indicadores Individuais de Continuidade por Conjunto na Região de Petrolina em 2019. Fonte: ANEEL COMPANHIA ENERGÉTICA DE PERNAMBUCO 2019 DIC FIC DMIC DICRI (em horas) (número de interrupções) (em horas) (em horas) CONJUNTO ANUAL TRIM. MENSAL ANUAL TRIM. MENSAL MENSAL INTERRUPÇÃO U rb an o PETROLINA I 19,34 9,67 4,83 12,7 6,35 3,17 2,69 12,22 PETROLINA II 20,3 10,15 5,07 13,2 6,6 3,3 2,86 12,22 DOM AVELAR 19,82 9,91 4,95 12,7 6,35 3,17 2,77 12,22 MASSANGANO I 23,64 11,82 5,91 12,95 6,47 3,23 3,46 12,22 N ão u rb an o PETROLINA I 40,03 20,01 10 29,79 14,89 7,44 5,28 16,6 PETROLINA II 41,19 20,59 10,29 30,39 15,19 7,59 5,48 16,6 DOM AVELAR 40,61 20,3 10,15 29,79 14,89 7,44 5,38 16,6 MASSANGANO I 45,22 22,61 11,3 30,09 15,04 7,52 6,19 16,6 Curva de Demanda A energia elétrica é utilizada em: residências, comércio e indústria, por diversos equipamentos para vários fins. A análise da demanda é importante na caraterização do perfil de consumo e demanda de um consumidor. As curvas de demanda são as diversas demandas de uma instalação que variam conforme a utilização instantânea de energia elétrica. Isso pode ser realizado analisando o histórico dos medidores de energia ou através de medição específica com analisadores de energia. Figura 9 é apresentado a curva de demanda medida com um analisador de energia para um supermercado durante o período de 24 horas. Foi percebido que a grande redução no horário noturno foi devido ao sistema de refrigeração do estabelecimento. • Demanda Média de um Consumidor ou Sistema: É a potência elétrica média absorvida durante um intervalo de tempo determinado (15min, 30min). 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 intervalo de tempo 19 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius • Demanda Máxima de um Consumidor ou Sistema: É a maior de todas as demandas ocorridas em um período determinado; representa a maior média de todas as demandas verificadas em um dado período (1 dia, 1 semana, 1 mês, 1 ano). Figura 9 – Curva de carga num período de 24 horas de um supermercado. Fonte: Próprio autor. Outra análise também pode ser realizada utilizando os dados das faturas de energia elétrica e comparar com outras grandezas que podem ter relação com o consumo de energia. Na Figura 10 é apresentada uma relação do histórico de consumo dos últimos 13 meses de um hospital em Florianópolis, bem como a temperatura média de cada mês na cidade. Percebe-se uma correlação inicial até dezembro, posteriormente há um salto no consumo que pode estar relacionado à mudanças na carga instalada no estabelecimento. Figura 10 – Gráfico comparativo entre o consumo mensal de energia e a mudança de temperatura média para um hospital em Florianópolis. Fonte: Próprio autor As curvas de cargas podem resultar em padrões de consumo. No gráfico da Figura 11, podemos verificar ospadrões de repetição de demanda horária para o SIN e os seus subsistemas. O gráfico foi obtido no website da ONS para o período de 01/08/2019 a 31/08/2019. Podemos perceber a grande participação do subsistema Sudeste/Centro-Oeste na demanda no sistema Nacional. Analogamente esse tipo de estudo pode ser realizado dentro de 20 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius unidades consumidores para estudar o seu perfil de consumo, e consequentemente, buscar a otimização da eficiência energética no sistema elétrico. Figura 11 - Curva de demanda horária do Sistema Elétrico Brasileiro em agosto de 2019. Fonte: ONS Exercício de demanda de energia Um consumidor industrial tem uma demanda instantânea de 20 kW que se mantêm constante por dois minutos. A cada dois minutos aumenta 10kW até 70KW. O ciclo se reinicia. Calcular a energia e a demanda para tempos de: 10, 15 e 30 minutos. Figura 12 – Gráfico da demanda do exercício 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 20 20 30 30 40 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Tempo (minutos) Demanda (kW) 21 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 intervalo de tempo 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 × intervalo de tempo No entanto o intervalo de tempo está em minuto, para converter para kWh é necessário dividir por 60. No caso de 0 a 10 min: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 400 𝑘𝑊𝑚𝑖𝑛 × 1ℎ 60𝑚𝑖𝑛 = 400 60 𝑘𝑊ℎ~6,67𝑘𝑊ℎ O intervalo de tempo de 10 min é convertido para 1 6 ℎ𝑜𝑟𝑎 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 6,67𝑘𝑊ℎ 1 6 ℎ = 6,67 × 6 𝑘𝑊~40 𝑘𝑊 A demanda máxima analisada no período de 0 a 9,99 min (não inclui o 10min) é 60kW. As tabelas abaixo resumem as respostas. Intervalo de Tempo 0 a 10 min 10 a 20 min 20 a 30 min Energia (kWh) 6,67 7,00 7,17 Demanda média (kW) 40,00 42,00 43,00 Demanda máxima (kW) 60,00 70,00 70,00 Intervalo de Tempo 0 a 15 min 15 a 30 min Energia (kWh) 10,17 10,83 Demanda média (kW) 40,67 43,33 Demanda máxima (kW) 70,00 70,00 Intervalo de Tempo 0 a 30 min Energia (kWh) 21,00 Demanda média (kW) 42,00 Demanda máxima (kW) 70,00 22 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Fatores Típicos das Cargas Segundo o apresentado em(KAGAN; OLIVEIRA; ROBBA, 2010), será realizado o estudo dos fatores típicos na caracterização de cargas. Esses fatores serão dependentes do levantamento de carga. Em geral, as distribuidoras de energia elétrica elaboram levantamentos dos perfis de carga dos consumidores, de forma a obter uma relação entre a energia consumida e a demanda máxima. Para obter essa relação é necessário instalar um medidor de demanda em cada consumidor estudado durante o levantamento. Os fatores de diversidade e coincidência são usados na análise de agrupamentos de cargas ou conjunto de cargas. Eles comparam a demanda máxima não-coincidente com a demanda máxima de conjunto que coincide. Já os fatores de: contribuição, demanda e carga, estão direcionados ao estudo de uma carga específica. Fator de diversidade: é a relação entre a soma das demandas máximas das cargas e a demanda máxima do conjunto. Sempre maior ou igual a um. Mostra quanto as demandas máximas das cargas não coincidem com a demanda máxima do conjunto. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝑠𝑜𝑚𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑖𝑠 demanda máxima de conjunto Fator de coincidência: é o inverso do fator de diversidade. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟coincidência = 1 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = demanda máxima de conjunto 𝑠𝑜𝑚𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑖𝑠 Fator de contribuição: é a relação da demanda instantânea de uma carga com a demanda máxima do conjunto ou demanda máxima da carga. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟contribuição = demanda de uma carga demanda máxima de conjunto 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟contribuição = demanda de uma carga demanda máxima da carga Fator de demanda: é a relação entre a demanda máxima (no intervalo de tempo considerado) e a potência nominal de uma carga ou um conjunto. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda = demanda máxima de uma carga Potência instalada da carga Fator de carga: é a relação entre a demanda média e a demanda máxima de uma carga ou um conjunto. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟carga = demanda média de uma carga demanda máxima de uma carga Fator de perdas: é a relação entre a média das perdas de potência elétrica num tempo e a perda máxima. 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟perdas = perdas média perdas máxima 23 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Exercício de demanda de energia Um sistema elétrico tem 3 circuitos: iluminação pública, carga residencial e carga industrial. Pede-se: ➢ As demandas máximas individuais e do conjunto; ➢ Fator de diversidade e coincidência; ➢ Fator de contribuição para cada carga; ➢ Fator de demanda considerando as potências nominais de 50kW, 2.500kW e 1.600kW; ➢ Fator de carga; Tabela 6 - Exemplo de demanda horária diária de 3 cargas. Hora do dia Iluminação Pública (KW) Carga Residencial (KW) Carga Industrial (KW) 0 50 70 200 1 50 70 200 2 50 70 200 3 50 70 350 4 50 80 400 5 95 500 6 90 700 7 85 1000 8 85 1000 9 85 1000 10 95 900 11 100 600 12 130 900 13 90 1000 14 80 1000 15 80 1100 16 100 800 17 420 400 18 50 1450 400 19 50 1200 350 20 50 1000 300 21 50 700 300 22 50 200 200 23 50 50 200 24 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Unidad e Iluminação Pública Carga Residencial Carga Industrial Conjunto das cargas Energia kWh 550 6.495 14.000 21.045 Demanda máxima kW 50 1.450 1.100 1.900 Demanda média kW 22,92 270,63 583,33 876,88 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 50 + 1450 + 1100 1900 = 2600 1900 = 1,368 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟coincidência = 1 1,368 = 1900 2600 = 0,731 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟contrib. IP = 50 50 = 1 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟contrib. res = 1450 1450 = 1 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟contrib.ind = 400 1100 = 0,364 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda IP = 50 50 = 1 𝑜𝑢 100% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda. res = 1450 2500 = 0,58 𝑜𝑢 58% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda ind = 1100 1600 = 0,687 𝑜𝑢 68,7% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda. conj. = 1900 50 + 2500 + 1600 = 0,458 𝑜𝑢 45,8% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟carga IP = 22,92 50 = 0,458 𝑜𝑢 45,8% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟carga. res = 270,63 1450 = 0,187 𝑜𝑢 18,7% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda ind = 583,33 1100 = 0,53 𝑜𝑢 53% 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟demanda. conj. = 876,88 1900 = 0,462 𝑜𝑢 46,2% 25 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Glossário Circuito elétrico: equipamentos e condutores ligados a um mesmo dispositivo de proteção. Dispositivo de proteção: dispositivo elétrico que atua automaticamente quando o circuito elétrico ao qual está conectado é submetido a condições anormais (alta temperatura ou curto- circuito). Circuitos alimentadores (circuito de distribuição principal, divisionário, circuito subalimentador): alimentam os quadros terminais e/ou de distribuição, partindo da rede pública. Ponto de entrega de energia: É o ponto de conexão do sistema elétrico público com as instalações de utilização de energia elétrica do consumidor. Entrada de serviço de energia elétrica: Conjunto de equipamentos, condutores e acessórios instalados desde o ponto de derivação da rede de energia elétrica pública até a medição. Potência ou carga instalada: É a soma das potências nominais dos aparelhos, equipamentos e dispositivos a serem utilizados na instalação consumidora. Inclui tomadas, lâmpadas, chuveiros elétricos, aparelhos de ar-condicionado, motores e etc. Aterramento: Ligação à terra, por intermédio de condutor elétrico, de todas as partes metálicas não energizadas, do neutro da rede de distribuição da concessionária e do neutro da instalaçãoelétrica da unidade consumidora. Carga ou Potência Instalada: É a soma de todas as potências nominais de todos os aparelhos elétricos pertencentes a uma instalação ou sistema. Demanda: É a potência elétrica realmente absorvida em um determinado instante por um aparelho ou por um sistema. Potência de Alimentação, Potência de Demanda ou Provável Demanda: É a demanda máxima da instalação. Este é o valor que será utilizado para o dimensionamento dos condutores alimentadores e dos respectivos dispositivos de proteção; será utilizado também para classificar o tipo de consumidor e seu padrão de atendimento pela concessionária local. 26 © - Copyright 2020 – Jorge Alexandre Alencar Fotius Bibliogáfia AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Módulo 3 – Acesso ao Sistema de Distribuição. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST. 2017. v. 3, p. 74. ______. Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST. 2018. v. 8, p. 88. BRASIL. DECRETO No 73.080, DE 5 DE NOVEMBRO DE 1973. Altera o artigo 47, do Decreto número 41.019, de 26 de fevereiro de 1957, que regulamenta os serviços de energia elétrica. 1973. Disponível em: <http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/1970- 1979/D73080.htm#art1>. Acesso em: 26/ago./2020. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (BRASIL). Balanço Energético Nacional 2019: Ano base 2018. 2019. 292 p. KAGAN, N.; OLIVEIRA, C. C. B. De; ROBBA, E. J. Introdução aos sistemas de distribuição de energia elétrica. 2010. OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO. PLANO ANUAL DA OPERAÇÃO ENERGÉTICA DOS SISTEMAS ISOLADOS PARA 2020. PEN SISOL 2020. 2019.
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