SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA

Prévia do material em texto

SÃO PAULO 
2020 
 
RENATO ALBINO GRAVITOL 
 
 
 
 
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
São Paulo 
2020 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado 
à Universidade Anhanguera, como requisito 
parcial para a obtenção do título de graduado 
em Engenharia Elétrica. 
Orientador: Patrich Magro 
 
 
 
RENATO ALBINO GRAVITOL 
 
 
 
 
 
 
 
RENATO ALBINO GRAVITOL 
 
 
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado 
à Universidade Anhanguera, como requisito 
parcial para a obtenção do título de graduado 
em Engenharia Elétrica. 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a) 
 
 
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a) 
 
 
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a) 
 
 
São Paulo, dia de junho de 2020. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho... 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Epígrafe (retire o título “epígrafe) 
SOBRENOME, Nome Prenome do autor. Título do trabalho: subtítulo (se houver). 
Ano de Realização. Número total de folhas. Trabalho de Conclusão de Curso 
(Graduação em Nome do Curso) – Nome da Instituição, Cidade, ano. 
 
RESUMO 
 
 
Palavras-chave: 
 
SOBRENOME, Nome Prenome do autor. Título do trabalho na língua estrangeira: 
subtítulo na língua estrangeira (se houver). Ano de Realização. Número total de 
folhas. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em nome do curso) – Nome da 
Instituição, Cidade, ano. 
ABSTRACT 
 
 
 
 
Key-words: 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
LISTA DE QUADROS 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14 
 
2. SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA..................................17 
2.1. OTIMIZAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE DISTRIBUIÇÃO DE 
ENERGIA..................................................................................................................18 
 
3. TÍTULO DO SEGUNDO CAPÍTULO (COLOQUE UM TÍTULO ADEQUADO) .. 23 
 
4. TÍTULO DO TERCEIRO CAPÍTULO (COLOQUE UM TÍTULO ADEQUADO) . 24 
 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 25 
 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 26 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
As empresas do setor elétrico cada vez mais notam as exigências do 
mercado energético, levando a assegurarem aos seus clientes bons níveis de 
continuidade e confiabilidade no serviço de fornecimento da energia elétrica, além 
de atender os índices de continuidade do serviço estabelecidos pela agência 
reguladora do setor elétrico (ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica). 
Para alcançar estes objetivos, além do investimento na otimização de seus 
sistemas de transmissão e distribuição, as empresas responsáveis investem na 
automação de suas operações, procurando reduzir os tempos de interrupção por 
faltas permanentes nos sistemas de potência. 
Através de informações disponíveis em uma subestação, estabelece-se um 
procedimento para determinar e classificar condições de faltas, localizando o 
elemento de proteção acionado, e assim fornecendo o apoio à tomada de decisão 
no ambiente de subestações de sistemas de distribuição de energia elétrica. 
Este trabalho revisa de forma resumida qual a estrutura geral e quais são os 
arranjos específicos de sistemas elétricos de potência, com especial ênfase na área 
de distribuição. Serão apresentados os fatores típicos das cargas com suas 
correlações e enfoques específicos para sua determinação. 
Será feita uma descrição sucinta dos principais tipos de condutores utilizados, 
que sejam: condutores de alumínio ou cobre, nus, protegidos ou isolados. Então 
apresentará o equacionamento para a determinação da corrente admissível de 
condutores, considerando os diferentes modos de instalação. 
Tendo em vista tais aspectos, surgiu a problemática: Como as falhas que 
ocorrem na rede de distribuição podem afetar as residências e indústrias, como 
manufatura e produção, e a distribuição de energia elétrica? 
O objetivo geral desse trabalho é revisar os processos de distribuição de 
energia; além de identificar o impacto das falhas na distribuição de energia elétrica 
urbana pública e residencial; e os objetivos específicos são: apresentar falhas e 
mecanismos de redes de distribuição de energia elétrica urbana pública e privada e 
analisar impactos que se relacionam às falhas nas redes de distribuição de energia 
elétrica. 
A distribuição de energia faz parte de um processo que leva eletricidade à 
casa de milhares de brasileiros e da forma como se vive é praticamente impossível 
pensar em viver sem eletricidade em nossas residências. entretanto, os 
consumidores sofrem com a falta de energia e apagões que são gerados por 
diversos motivos e é na distribuição da energia onde os problemas são mais 
sentidos. 
Os sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica têm 
apresentado um grande crescimento em vista do aumento dos núcleos 
populacionais e principalmente devido ao desenvolvimento industrial. este 
crescimento tem maior reflexo no sistema de distribuição, pois são eles os circuitos 
terminais de fornecimento de energia. portanto, o grande desafio às concessionárias 
de distribuição é fornecer energia elétrica aos seus consumidores de maneira 
sustentável e confiável. 
Este trabalho tem por relevância estudar este conceito, importante para que 
se entenda desde o início, com o processo de geração e transmissão, como a 
distribuição é afetada por conta das irregularidades que são cometidas ao longo do 
processo de distribuição, identificando também, o porquê são cometidas e onde 
estão as falhas geradoras destes problemas e conceituar possibilidades para 
solução. 
O método utilizado no trabalho será uma revisão de literatura. Por ser um 
assunto que possui um histórico longo, o acervo que será acessado para a 
elaboração desde trabalho constam de livros, dissertações e artigos científicos 
selecionados através de busca em bases de dados. O período dos artigos 
pesquisados serão os trabalhos publicados nos últimos 20 anos. 
A pesquisa bibliográfica não é apenas uma mera repetição do que já foi dito 
ou escrito sobre determinado assunto, mas sim, proporciona o exame de um tema 
sob novo enfoque ou abordagem, chegando a conclusões inovadoras. 
A base de dados: ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) e 
Procedimentos de Distribuição – PRODIST serviram como instrumento para coleta 
de dados, além dos artigos científicos devidamente referenciados com seus autores. 
O tema da pesquisa são as redes de distribuição de energia e as palavras-
chave utilizadas na busca serão: "Detecção de Faltas", "Sistema de Distribuição", 
"Sistemas Elétricos e Distribuição de Energia". 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
De acordo com Sarfi et al. (1993), devido ao aumento dos custos 
operacionais, perdas que podem ser reduzidas através de melhoria de rotas para a 
potência ativa, adequação do nível de tensão e redução do fluxo de potência na 
rede. Este último é obtido através de suporte de potência reativem pontos 
estratégicos do sistema, o que resulta em uma operação de menor custo com 
benefícios tarifários para os consumidores (BORTIGNON AND EL-HAWARY, 1995). 
Os problemas de otimização resultantes da avaliação destes recursos 
apresentam em comum a resolução de um problema de programação não linear 
inteira mista de natureza combinatória elevada, queinviabiliza a avaliação de todas 
as soluções possíveis (COSTA et al., 2008). 
 
 
2.1. OTIMIZAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA 
 
Na literatura é possível encontrar uma variedade de métodos que buscam 
resolver os problemas de minimização de perdas em sistemas distribuidores de 
energia (SDE). Conforme Guimarães et al. (2008) é utilizado um algoritmo genético 
modificado (AGM) e de acordo com Oliveira et al. (2010) é utilizado um algoritmo 
heurístico construtivo, ambos para alocação de capacitor junto com reconfiguração 
da rede. 
Para Souza et al. (2009) é utilizado algoritmo genético (AG) para solucionar 
um problema que busca otimizar uma função multiobjetivo, incluindo perdas, 
violação de tensão e custo de alocação de geração distribuída (GD). 
A técnica de solução baseada no conceito de particle swarm conforme 
Kennedy e Eberharft (1995), denominada colônia de formiga, e, também tem sido 
usada para resolver o problema de minimização de perdas em SDE. De acordo com 
Daniel et al. (2005) e para Khoa and Phan (2006) resolvem o problema de 
reconfiguração utilizando esta técnica. 
Para Chang (2008), é proposta a reconfiguração de rede juntamente com a 
alocação ótima de capacitadores. No entanto, os autores consideram a utilização de 
apenas um patamar de carga. 
Blecautes em sistemas elétricos de potência são eventos raros, no entanto, 
quando ocorrem, os efeitos na sociedade são relativamente severos. o mais 
importante após o corte de energia, parcial ou total, é restaurar o serviço de 
distribuição de energia elétrica. No intuito de reduzir os efeitos sobre a sociedade, as 
companhias elétricas têm instruções pré-estabelecidas de como recompor o sistema 
elétrico. Estas instruções possuem passos que os operadores devem seguir para 
recompor todo o sistema. (COLORNI et al., 1992) 
No entanto, logo após a ocorrência do blecaute existe uma situação de 
grande estresse, juntamente com o fato de que as condições básicas previstas nas 
instruções de operação podem não estar presentes para permitir o sucesso da 
recomposição, como níveis de tensão nas barras de origem que estejam fora de 
limite, proteções de linhas atuadas, entre outras limitações. Quando ocorre o 
insucesso nas tentativas de recomposição do sistema, geralmente ele é motivado 
pelo fato de que as condições que prevalecem são diferentes das condições 
presumidas, quando da elaboração das instruções de recomposição (DORIGO et al., 
1996). 
 
2.2. SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
Estrutura geral e os arranjos específicos de sistemas elétricos de potência, o 
sistema de distribuição de energia elétrica no brasil é operado por 67 empresas 
dentre as quais 9 estão na região norte, 11 na região nordeste, 5 na região centro-
oeste, 22 na região sudeste e 17 na região sul do país para a agência nacional de 
energia elétrica (ANEEL, 2015). 
Ainda de acordo com a mesma fonte, o sistema de distribuição brasileiro é 
regulado por um conjunto de regras dispostas em resoluções da ANEEL e no 
documento intitulado procedimentos de distribuição (PRODIST, 2015) com vistas a 
subsidiar os acessastes do sistema de distribuição, a saber, consumidores e 
produtores de energia, distribuidoras de energia e agentes importadores e 
exportadores de energia, disciplinando formas, condições, responsabilidades e 
penalidades relativas à conexão, planejamento da expansão, operação e medição 
da energia elétrica e estabelecendo critérios e indicadores de qualidade. 
O sistema de distribuição de energia elétrica é parte do sistema elétrico 
situado entre o sistema de transmissão e a entrada de energia dos consumidores. O 
sistema de distribuição pode ser dividido em componentes como: sistema de 
subtransmissão, subestações de distribuição, sistema de distribuição primário, 
transformadores de distribuição, sistema de distribuição secundário e ramais. 
 
2.3. FATORES TÍPICOS DA CARGA E SUA CLASSIFICAÇÃO 
 
Nas palavras de Kagan (1997), as cargas dos consumidores supridos por um 
sistema de potência têm várias características que lhes são comuns, tais como: 
localização geográfica; finalidade a que se destina a energia fornecida; dependência 
da energia elétrica; perturbações causadas pela carga ao sistema; tarifação; tensão 
de fornecimento,e, a partir de tais características típicas pode-se fixar critérios de 
classificação dos consumidores, ou melhor, da carga de tais consumidores, cuja 
análise será objeto de itens subsequentes, nos quais serão fixados critérios de 
classificação, sem que haja preocupação com suas implicações no estudo da 
evolução da demanda, “mercado”. 
Ainda segundo o mesmo autor, o sistema de distribuição deve atender 
consumidores de energia elétrica situados nas cidades e nas zonas rurais, portanto, 
é óbvia a divisão da área atendida pelo sistema em zonas, tais como: zona urbana, 
zona suburbana e zona rural. destacam-se as peculiaridades típicas de cada zona, 
por exemplo, nos bairros centrais da zona urbana tem-se, em geral, densidade de 
carga elevada, com consumidores constituídos por escritórios e lojas comerciais, 
tendo período de funcionamento bem definido e hábitos de consumo comuns a 
todos eles. Além disso, tal zona geralmente está toda edificada sendo raro o 
surgimento de novos consumidores, do que resulta crescimento de carga apenas 
vegetativo, isto é, devido ao surgimento de novos equipamentos elétricos. 
A demanda máxima de uma instalação ou sistema é a maior de todas as 
demandas que ocorreram num período especificado de tempo. Não se deve 
confundir o período durante o qual a demanda foi observada com o intervalo de 
demanda. 
Assim, é evidente que quando se fala em demanda máxima é imprescindível 
que se especifique o período durante o qual a demanda, com intervalo de demanda 
prefixado, foi observada, ou seja, deve-se dizer: demanda máxima diária, mensal, ou 
anual, conforme o período de observação tenha sido o dia, o mês ou o ano, 
respectivamente. Usualmente, omite-se o intervalo de demanda que é tomado em 10 
ou 15 minutos (KAGAN, 1997). 
 
2.4 FATORES TÍPICOS DAS CARGAS E SUAS CORRELAÇÕES 
 
De acordo com Chang, Leou e Lu (2002) uma alternativa de estimação exata 
para curvas de carga para transformadores, através de construção de classes 
nebulosas sistemáticas de consumidores é mostrada. Os dados de carga não são 
representados apenas por um único valor e sim por um intervalo de confiança. 
Para verificar o método foram utilizados valores de transformadores e 
alimentadores reais. Os resultados mostram que o método proporciona uma 
ferramenta usual para construção de curvas de carga em transformadores que 
podem ser usadas no planejamento de redes de distribuição. 
Para D. Gerbec, S. Gasperic, I. Smon e F. Gubina (2009) ressaltam a 
importância do conhecimento dos hábitos dos consumidores para uma efetiva 
reestruturação dos sistemas de energia. Apresentaram um trabalho de estimação de 
curvas de carga utilizando curvas obtidas por medições de campo para 
consumidores individuais. São feitas duas análises, a primeira em relação a classes 
de consumo predefinidas, e a segunda em relação às curvas típicas de consumo de 
energia e por região. As estimativas são feitas por algoritmos de agrupamentos 
hierárquicos e uso de lógica nebulosa. 
Nas palavras de D. Gerbec, S. Gasperic, I. Smon e F. Gubina (2009) 
apresentam um trabalho que faz estimativas de curvas de carga através de aspectos 
típicos dos consumidores, utilizando lógica nebulosa e faz uso de uma rede neural 
artificial treinada para classificar essas curvas em grupos predefinidos. a 
metodologia foi testada em uma companhia de distribuição de energia, obtendo 
grupos representativos consistentes. 
De acordo com T. Senjyu, P. Mandal, K. Uezato e T. Funabashi (2005) 
desenvolveram um trabalho de aproximação de curto prazo para curvas de carga, 
baseado em um método de correção híbrida dascurvas obtidas através de uma rede 
neural artificial. o método utiliza uma norma euclidiana para a escolha dos dias mais 
semelhantes, através de fatores definidos anteriormente. O método de correção é 
feito através do treinamento da rede neural artificial que prioriza a correta colocação 
do pico de carga do transformador. 
 
2.5 DETECÇÃO DE FALHAS EM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA 
 
Uma subestação está sujeita as várias perturbações que podem ser causadas 
por descargas atmosféricas, rompimento de cadeias de isoladores, acidentes, 
incêndios, queimadas, etc., gerando faltas do tipo curto-circuito (monofásicos 
bifásicos e trifásicos). Para tal, existem dispositivos capazes de detectar e disparar 
sinais para interromper a linha de transmissão em que houve esta falta. Estes 
dispositivos são conhecidos como equipamentos de proteção e são responsáveis 
pela detecção e eliminação de faltas ocorridas, e devem operar no menor tempo 
possível, evitando que a integridade física do sistema seja comprometida devido a 
estas faltas. 
Diante dessa necessidade e com a evolução dos equipamentos para 
aquisição, processamento e transmissão de sinais elétricos, várias técnicas e 
algoritmos para localização de faltas em subestações de distribuição de energia 
elétrica têm sido propostas (SAMPAIO; MORETO; DECANINI, 2008). 
Dentre as principais dificuldades encontradas pela grande maioria das 
técnicas empregadas na localização das faltas, está a topologia da rede que 
geralmente é altamente ramificada, as variações nas impedâncias da rede devido a 
reconfiguração, a existência ou não de co-geração no alimentador considerado, a 
distribuição e os níveis de cargas na rede que se refletem diretamente nas correntes 
e tensões pré-falta, as seções da rede com condutores e o conhecimento exato da 
impedância do sistema que se encontra atrás da subestação (JARDINI, 1996; 
CAMINHA, 2004). 
Visando a qualidade dos serviços prestados, as empresas de geração e 
distribuição de energia elétrica, buscam alternativas que reduzam os tempos de 
interrupção dos serviços de fornecimento de energia devido às faltas permanentes 
nos sistemas de potência. Através de informações disponíveis em uma subestação, 
é possível estabelecer um procedimento para determinar e classificar condições de 
faltas, localizando o elemento de proteção acionado, fornecendo o apoio à tomada 
de decisão no ambiente de subestações de sistemas de distribuição de energia 
elétrica. (JARDINI, 1996; CAMINHA, 2004). 
A implementação desta metodologia só é possível, devido aos modernos 
sistemas de aquisição e processamento de sinais elétricos nas subestações de 
distribuição, onde existem medidores equipados com unidades terminais remotas 
(UTR). (JARDINI, 1996; CAMINHA, 2004). 
Para Mc Donald (2003), o conhecimento das condições topológicas da rede 
em associação com modelos e técnicas de análise de circuitos elétricos. Com isso, 
pode-se obter um sistema rápido e eficiente para localização de faltas e contribuir 
para que as concessionárias trabalhem com bons indicadores de qualidade e 
continuidade do serviço. 
 
3. TÍTULO DO SEGUNDO CAPÍTULO (COLOQUE UM TÍTULO ADEQUADO) 
 
4. TÍTULO DO TERCEIRO CAPÍTULO (COLOQUE UM TÍTULO ADEQUADO) 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (BRASIL) (ANEEL). Banco de 
informações de geração: big. Disponível em: <www.aneel.gov.br/15.htm>. Acesso 
em: 31 maio 2005. 
 
BORTIGNON, g. A. E EL-HAWARY, m. E. (1995). “A review ofo capacitor 
Placement techniques for loss reduction in primary feeders on distribution 
Systems”, Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, 5-8 sept., 
Vol. 2, pp. 684-687. 
 
CHANG, C. F.reconfiguration and capacitor placement for loss reduction of 
biology of jacaranda oxyphylla with an emphasis on staminode, 1996. 
 
COLORNI, A.; Dorigo, M.; Maffioli, F.; Maniezzo, V.; Righini, G. & Trubian, M. (1996). 
Heuristics from nature for hard combinatorial optimization 
problems.international transactions in operational research, 3(1), 1-21. 
 
COSTA NFP, Ferraz EA, Souza CT, Silva CFR, Almeida MG. Acesso à 
anticoncepção de emergência: de energia elétrica. São paulo: [s.n.], 1996. P.15 
 
D. GERBEC, S. Gasperic, I. Smon e F. Gubina Daniel, D., Mankidy, B., Ambarish, 
K., Manogari, R., (2009). Construction and operation of a distribution systems 
by ant colony search algorithm. Leee transaction on 
 
DORIGO, M.; Maniezzo, V. & Colorni, A. (1996). The ant system: optimization by a 
colony of cooperating agents. Leee transaction on systems, man, and cybernetics 
- part b, 26(2), 29-41. 
 
EDIPUCRS, p. 487-492 Elétrica , Universidade Federal do Ceará, fortaleza, 2002. 
Function. Annals of botany 102(5): 699-711 
 
GUIMARÃES, E.; Stasi, S.C. & Maimoni-Rodella, RCS. 2008. Pollination 
Hydrogen energy. 34(17). 7555-7560. 
 
JARDINI,Jj. A. Sistemas digitais para automação da geração, transmissão e 
distribuição de energia elétrica. São paulo: [s.n.], 1996. P.15 
 
KAGAN, Nelson, Gouvea, Marcos, Maia, Fernando Cézar, Duarte, Daniel, Labronici, 
Júlio, Guimarães, Daniel Senna, Barreto Neto, Acácio, Particelli, Fernanda e Silva, 
José Francisco Resende. Redes elétricas inteligentes no Brasil: análise de custos 
e benefícios de um plano nacional de implantação, 2013. 
 
KENNEDY And Eberharft, 1995; IEEE POWER INDIA CONFERENCE, 2006. S.; 
bencke, g. A. & reis, r. E. Eds. 
 
KHOA, t. Q. D. And Phan, B. T. T. Ant colony search-based loss minimum for llc, 
2003. P.8. 
 
MCDONALD,Jj. D. Electric power subestations enginniering. Boca raton: crc 
press microbial fuel cell for electricity generation from wastewater, international 
journal of oliveira, e. V. & vilella, f. S. 2003. 
 
PEREIRA, w.c.; Nogueira, c.e.c.; Pavan, a.a.; Sordi, a.custo da eletricidade gerada 
em conjunto motor-gerador utilizando biogás da suinocultura. Acta scientiarum 
technology, maringá, v.26, n.2, p.127-133, 2004. 
 
SAMPAIO, R. F. Sistema de diagnóstico de faltas para subestações baseados 
em redes de petri coloridas. 2004. 143 f. Dissertação ( Engenharia Elétrica) –
Faculdade de Engenharia Elétrica , Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2002. 
 
SENJYU, T, HIGA, S., UEZATO K. Future load curve shaping based on similarity 
using fuzzy logic approach. Generation, Transmission and Distribution, IEE 
Proceedings- Vol. 145, Issue 4, July 1998 
 
 
13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÊNDICES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
APÊNDICE A 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
ANEXOS 
 
 
17