Distribuição De Energia Eletrotecnica

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D E E – DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA – CONSIDERAÇÕES BÁSICAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA
ELÉTRICA – C 1
DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
CONSIDERAÇÕES BÁSICAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 3
ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICO DE ALTERNATIVAS
Após a conclusão das fases de previsão de cargas e análise do sistema
existente e simulação de deficiências previstas, torna-se necessária a definição do
plano de obras a curto, médio e longo prazos.
Para essa definição, deve-se formular as alternativas viáveis e analisá-las
tecnicamente para se assegurar o atendimento às metas de qualidade de
fornecimento e compará-las, economicamente e finalmente escolher a alternativa
técnico-economicamente recomendável.
Formulação de Alternativas.
Definição dos diversos sistemas elétricos viáveis e cada alternativa deverá
atender, dentro das metas de qualidade de serviço, ao crescimento de carga da área
em estudo dentro do horizonte de planejamento.
Através de estudo da simulação, faz-se a análise de tensão, confiabilidade e
carregamento dos condutores e equipamentos, para cada ano do horizonte.
Além disso, é necessário verificar se estas alternativas têm custos específicos
compatíveis com os outros conhecidos na empresa.
É recomendável que cada empresa possua uma tabela de índices elaboradas
para diferentes tipos de projetos, que permitiria a identificação dos projetos
excessivamente caros. Uma vez feita a seleção grosseira, aquelas que restam
deverão ser analisadas os aspectos técnico-econômico cujo conhecimento é
fundamental para a formulação e análise das alternativas.
- horizonte de planejamento
- análise da carga
- característica do sistema elétrico.
Horizonte de Planejamento
O horizonte de planejamento deve ser compatibilizar-se com o tipo de estudo
a ser realizado, para que a alternativa mais econômica independa do horizonte
adotado. Ao mesmo tempo, deve abranger um período disponível e outras
informações sejam razoavelmente confiáveis.
Em geral, adota-se um horizonte de dez anos para estudos que envolvam
somente redes de distribuição aéreas e de 15 anos para redes de distribuição
subterrâneas, ou redes de distribuição e subestações. Projetos especiais devem ter
um horizonte compatível com as suas particularidades.
Análise de Carga.
Utilizando-se os mapas de cargas dos anos sucessivos faz-se a análise das
cargas quanto à densidade e aos requisitos de qualidade de serviço, assinalando-se
principalmente as áreas onde se localizam consumidores especiais.
Esta análise serve principalmente no auxílio na definição dos tipos de sistema
– aéreo ou subterrâneo e na escolha dos arranjos mais convenientes.
Características do sistema elétrico.
Tensão Nominal do Sistema de Distribuição – Existe uma tendência de
padronização das tensões primárias e secundárias de distribuição, cujos aspectos
mais importantes são: previsão de carga a longo prazo; tensões já existentes;
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densidade de carga; tipo de sistemas de distribuição; disponibilidade de
equipamentos; distância média entre SE (subestação)
Transformadores e Circuito secundário – Os tipos de sistemas mais
utilizadas em redes de distribuição são: em construção aérea: radial e anel ( figuras
1 e 2); em construção subterrânea: radial e reticulado (figuras 3 e 4). No caso do
reticulado, pode-se adotar o reticulado generalizado, ou reticulado exclusivo (figura
5).
figura 1- circuito secundário radial
figura 2 - circuito secundário em anel.
figura 3 - subterrâneo com secundário radial
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figura 4 - subterrâneo com primário radial e secundário reticulado
figura 5 - subterrâneo reticulado exclusivo (spot- network)
No que se refere à localização de transformadores de distribuição, os
mesmos devem ser situados, preferencialmente, nos centros de carga, com base na
quede de tensão secundária e no levantamento de carga.
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Na formulação de alternativas de redes secundárias, deve-se se atentar para
os seguintes aspectos: carregamento dos transformadores (melhor aproveitamento);
dimensionamento da rede secundária (escolha do condutor em função do fator
econômico); níveis de tensão em qualquer ponto da rede secundária (respeito aos
níveis previsto nas normas); níveis de curto-circuito (dentro do limite pré-
estipulados); módulos de transformação (padronização de potências de
transformadores de distribuição – ABNT).
DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA
AÉREA - onde os arranjos mais empregados são:
RADIAL SIMPLES.
Os sistemas radiais simples são, geralmente, utilizados em áreas de baixa
densidade de carga, principalmente rurais, nas quais os circuitos tomam
normalmente direções distintas, face às próprias características de distribuição da
carga, tornando geralmente antieconômico o estabelecimento de pontos de
interligação (figura 6).
figura 6 - primário aéreo radial simples
RADIAL COM RECURSO.
Os sistemas radiais com recurso são geralmente empregados em áreas
urbanas e caracteriza-se pelos seguintes aspectos:
- Existência de interligação, normalmente aberta, entre alimentadores adjacentes,
da mesma ou de subestações diferentes;
- Ser projetado de forma que exista uma certa reserva de capacidade em cada
circuito, para a absorção de carga de outro circuito na eventualidade de defeito.
É comum a existência de dois ou no máximo quatro interligações, o que é suficiente
para manter condições razoáveis de fornecimento (figura 7).
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figura 7 - primário aéreo radial com recurso
SUBTERRÂNEA: os arranjos mais utilizados são:
RADIAL
O sistema radial aplica-se na alimentação de sistemas secundários, radiais
(figura 8) ou reticulados (figura 4). No caso do secundário reticulado, dois ou mais
circuitos primários radiais, partindo do mesmo barramento de uma subestação,
alimentam certo número de transformadores de distribuição, ligado alternadamente,
para evitar a interrupção de dois transformadores adjacentes no caso de
desligamento de um dos primários. O reticulado exclusivo é um caso particular, onde
um sistema reticulado alimenta um ou mais barramentos de um prédio ou conjunto
de prédios.
figura 8 - subterrâneo com primário radial
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PRIMÁRIO SELETIVO
O sistema primário seletivo caracteriza-se pela possibilidade de alimentação
alternativa das cargas, que pode ser feita automática ou manualmente. Este sistema
oferece um grau de continuidade menor que o anterior, apresentando, em
compensação, um custo inicial mais reduzido, pois o secundário deverá ser radial,
com maior fator de utilização dos transformadores.
figura 9 - subterrâneo com primário seletivo
ANEL ABERTO
No sistema em anel aberto, cada alimentador tem sua própria área de
atendimento, devendo, entretanto, ser dimensionado para assumir toda a carga do
anel. Este sistema deve ser dotado de indicadores de defeito para abreviar o
restabelecimento do serviço, quando da ocorrência de defeitos.
figura 10 - subterrâneo com o primário em anel aberto
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SUBESTAÇÕES
PLANEJAMENTO: Vários fatores devem ser considerados no planejamento
de subestações. Dentre eles, destacam-se os seguintes: demanda inicial e final
baseada na densidade de carga inicial e sua evolução prevista; disponibilidade de
circuitos de subtransmissão e seus arranjos; tensão de distribuição primária;
disponibilidade de terreno;padronização; flexibilidade em casos de manutenção ou
emergência; tensão de alimentação; desempenho apresentado; condições de
carregamento e de níveis de tensão da rede primária, e subestações
remanescentes.
MÓDULO DE TRANSFORMAÇÃO E ARRANJO. Dois fatores são importantes na
decisão sobre a escolha dos módulos de transformação das subestações, quais
sejam: densidade de carga atual e prevista e a filosofia empregada para
atendimento em emergência. A escolha entre a utilização de socorro com recursos
da própria subestação ou de subestações adjacentes influi decisivamente na
capacidade transformadora a instalar. Os arranjos dos barramentos da subestação
dependem da confiabilidade requerida pela carga.
A necessidade de maior ou menor tempo no restabelecimento da subestação
determinará o grau de sofisticação dos equipamentos de proteção e seccionamento.
Deve-se julgar a importância e o tipo de carga a suprir e escolher, entre os diversos
arranjos existentes, o mais adequado às necessidades dos consumidores.
O número de circuito determina a opção entre saída aérea ou subterrânea.
Freqüentemente, torna-se impraticável a opção por saídas aéreas acima de um certo
limite devido ao congestionamento de cabos.
LOCALIZAÇÃO: Os fatores que devem ser levados em conta na localização
das subestações são: custo e facilidade de acesso para as linhas de
subtransmissão; custo e facilidade de conexão com os alimentadores de distribuição
já existentes; limites de tensão e corrente, que podem afetar o número e os custos
dos alimentadores necessários para a alimentação de uma determinada área;
possibilidade de transferência de carga para outras subestações em condições de
emergência, ou quando do crescimento da carga; custo e disponibilidade de terrenos
próximos ao local desejado, assim como restrições devido a eventuais leis de
zoneamento.
Cabe frisar que, preferencialmente, a subestação deverá localizar-se no
centro de carga, considerando-se o crescimento e aparecimento de novas cargas.
No caso específico de várias localidades atendidas por uma única
subestação, esta deverá ser implantada junto a uma das localidades, o mais próximo
possível do centro de carga, visando às facilidades de operação e manutenção.
SUBTRANSMISSÃO
Sempre que possível, as linhas de subtransmissão devem ser aéreas, por
questões de economia. A subtransmissão subterrânea é, normalmente, utilizada em
regiões densamente edificadas, o que torna, por vezes, inexeqüível a construção de
linhas aéreas.
As linhas radiais com um único circuito são, costumeiramente, utilizadas para
atender as áreas de baixa densidade de carga.
As linhas de subtransmissão com mais de um circuito, desde que cada
circuito seja dimensionado para suportar toda a carga, são utilizadas em áreas onde
um maior nível de confiabilidade é exigido.
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As linhas de subtransmissão em anel são construídas na periferia de grandes
centros urbanos, onde segurança e confiabilidade predominam sobre os custos. O
anel tem diversos pontos de conexão com subestações supridoras e supridas, e os
sistemas de seccionamento e proteção normalmente permitem a alimentação
ininterrupta das SE supridas, mesmo quando da ocorrência de defeitos do anel.
As alternativas formuladas deverão atender aos requisitos de qualidade de
serviço em todo o horizonte de planejamento. A análise técnica visa à verificação
das condições desse atendimento, e à detectação de possíveis modificações
futuras, que possam resultar em novos investimentos. As alternativas que não se
mostrarem viáveis tecnicamente são eliminadas.
Após a seleção técnica, faz-se a análise econômica, que consta do
levantamento de todos os custos e investimentos associados às alternativas ao
longo do tempo, e da determinação do seu valor total.
Como estes investimentos e custos ocorrem em datas diferentes, utilizam-se
técnicas de Engenharia Econômica, objetivando-se referenciá-los a uma mesma
data e que depois são computados, de forma a se obter o valor final de cada
alternativa.
ANÁLISE TÉCNICA
Esta análise consiste no cálculo da queda de tensão, da confiabilidade e do
carregamento dos condutores e equipamentos, através da simulação das condições
operativas do sistema elétrico, previsto em cada alternativa, para atendimento às
cargas futuras, ano a ano, dentro do horizonte de planejamento.
Os valores de tensão resultantes são comparados com os limites de variação
de tensão fixadas anteriormente.
Na análise da confiabilidade, calculam-se os índices de duração e frequência
de interrupção, comparando-se, então, com os valores pré-estabelecidos.
Adicionalmente, faz-se uma análise individualizada, para verificação da qualidade do
atendimento aos consumidores especiais.
O carregamento dos condutores e equipamentos é um fator que determina o
esgotamento da capacidade da alternativa, sendo, portanto, importante determiná-lo
anualmente.
Quando os valores de tensão, confiabilidade e carregamento não atendem às
metas prefixadas, são previstas medidas corretivas, como: instalação de
equipamentos de regulação de tensão, proteção ou seccionamento, troca de
condutores, construção de novos alimentadores ou subestações, etc, medidas que
são incorporadas às obras básicas da alternativa para posterior avaliação
econômica.
ANÁLISE ECONÔMICA
O problema da análise econômica nos sistemas de distribuição é bastante
complexo e foge um pouco de uma análise econômica tradicional, principalmente
devido ao modelo adotado para o setor elétrico. Um estudo econômico tradicional é
feito, levando-se em conta as entradas e as saídas de caixa e, no presente caso, as
entradas só podem ser consideradas para o sistema elétrico global, não tendo
sentido considerá-las apenas para um segmento do sistema.
A opção para análise econômica em distribuição, recaiu em uma metodologia
simplificada, que permite comparar, de maneira aceitável, os custos das diversas
alternativas. Consideram-se duas parcelas que, somadas ao valor dos
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investimentos, constituirão o custo de cada alternativa, a saber: custo de operação e
manutenção; custo das perdas
PLANO GERAL DE OBRAS (PGO)
Os objetivos básicos do PGO são a administração racional dos programas de
investimento e a simplificação dos procedimentos de aprovação e abastecimento
das obras do sistema de distribuição, tomando com ponto de partida os
planejamentos sistemáticos de obras e os recursos de cada área.
A elaboração do PGO segue normalmente a seguinte seqüência:
- DEFINIÇÃO DA OBRAS NECESSÁRIAS E RESPECTIVOS ORÇAMENTOS.
São definidas as obras necessárias ao atendimento do mercado previsto,
abrangendo, normalmente, a definição da espinha dorsal do sistema elétrico,
compreendendo construção ou ampliação de linhas de subransmissão,
subestações e alimentadores primários. São também definidas as áreas cujos
sistemas elétricos serão convertidos em subterrâneos ou que se beneficiarão
com reformas gerais de rede. O período abrangido pelo PGO varia de 5 a 10
anos, sendo que, para os primeiros anos, é apresentado de maneira mais
detalhada
- CLASSIFICAÇÃO E CODIFICAÇÃO DAS OBRAS OU ITENS DE
INVESTIMENTO. As obras (itens de investimento) devem ser classificadas de
acordo com a natureza do serviço; componente do sistema. Os itens de
investimento encontram-se usualmente divididos em duas categorias: itens gerais
e itens específicos. Os itens gerais compreendem agrupamentos de pequenas
obras de natureza repetitiva, na maioria previstas e planejadas individualmente e
a sua execução é, em geral, iniciada e concluída dentro do prazo de doze meses
em condições normais. Os itens específicos compreendem obras de vulto, com
modificações radicais do sistemas existentes que, por qualquer razão,mereçam
ser alvo de estudos e decisões dentro de uma política adotada ou a ser
escolhida. É comum, no decorrer de um certo exercício orçamentário, surgir a
eventualidade de realização de obras ou itens extraordinários não previsto no
PGO original, visando à complementação deste. Como medida organizacional
no que respeita à facilidade de especificação, manipulação e conservação de
informação, é de toda a conveniência condensar as características relevantes de
cada obra em códigos sucintos e coerentes que permitem identificação fácil e
rápida dessas mesmas características.
- definição de prioridades e seleção de obras. Após a classificação dos itens de
investimento por tipo de serviço, torna-se necessário estabelecer uma escala de
prioridade por item, para possibilitar o posterior processo de adequação do plano
aos recursos existentes, pelo corte das obras menos prioritárias, quando a
disponibilidade orçamentária não for suficiente para o atendimento de todas as
obras propostas. A definição de prioridades é feita em função das condições
existentes, sendo em primeiro lugar as condições fora do padrão e
inaproveitáveis. Após definiçao do índice de justificabilidade, ou gra de
prioridade, as oras são classificadas em orem de prioridadee, a seguir, faz-se a
compatibilização entre o recurso existente e as obras propostas pelo corte
daquelas menos prioritárias.
- Detalhamento. As obras selecionadas são a seguir detalhadas, principalmente
as previstas para o primeiro ano, sendo que, em alguns casos, são, inclusive,
elaborados os anteprojetos para os itens especificados. O detalhamento permite
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a elaboração, para cada item, dos cronogramas, custos detalhados, previsão de
materiais, diagramas unifilares etc.
- análise e aprovação. Após o detalhamento das obras, faz-se a montagem, a
estruturação e o resumo do PGO, o que permite sua análise e aprovação pela
alta administração da empresa.
- acompanhamento e controle. A implementação prática das diretrizes emitidas
pelo PGO deve ser convenientemente acompanhada e controlada, de modo que
seja possível utilizar, através dos dados recolhidos, a experiência passada, como
fonte de realimentação de informações, que, quando levadas em consideração,
permitirão a obtenção de uma convergência cada vez maior entre o previsto e o
realmente ocorrido.
VANTAGENS DO SISTEMA PROPOSTO
A elaboração e a organização de um PGO, como o descrito nos itens
anteriores, apresentam um conjunto importante de vantagens, para a administração
da distribuição que, normalmente, mantém um controle gerencial centralizado e
execução descentralizada:
a) facilidade de seleção das obras, devido à preparação do PGO por itens
orçamentários, quando da falta de recurso para execução do programa total;
b) como o PGO é aprovado em todos os seus detalhes, não haverá necessidade de
encaminhar o orçamento de cada obra para análise e aprovação das áreas
competentes, uma vez que cada obra passou a ser uma fatia do plano. Bastará a
emissão das Ordens de Obra pelas áreas descentralizadas;
c) a partir da programação de suprimento através de previsão, a alimentação de
materiais poderá ser feita diretamente, em tempo hábil, aos canteiros de obra ou
almoxarifados regionais com conseqüente:
- diminuição dos remanejamentos de materiais e gastos de transporte para
se dar continuidade às obras;
- utilização do fluxo de abastecimento durante a fase de execução somente
para exceções
d) uniformização da sistemática de fornecimento de informações pelas áreas
descentralizadas sem a necessidade de tradução destas informações para uma
mesma linguagem para a tomada de decisão;
e) adequação quantitativa e qualitativa das informações em cada nível decisório
envolvido.