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XI SEMINARIO NACIONAL DE DISTRIBUICAO DE ENERGIA ELETRICA E!L • "!i!L" « E" « .:::r.a.. 1I , • 4&..." • IMPACTO DA AUTOMACAO NA DISTRIBUICAO - METODOLOGIA E FERRAMENTAL PARA AVALIACAO DA RELACAO CUSTO X BENEFIcIO Aderbal de A.Penteado Jr.; Eduardo Cesar Senger; Marcos R.Gouvea; Alessio B.Borelli; Jose Antonio Jardini; Lineu B.dos Reis; Antonio Cesar Jeronimo; Rodolfo Moretti. M~.. rl £" it d , "-' , &. d " J ,.. ua; •• •• ;J. 4§@ ~ 141, J , ..•.. Blumenau,~13a",18'-(iesetembro de 1992 '--='~<--i)~ '\- I f( I--,L;;.~:.~\~:L~:t~ ,
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XI SEMINARIO NACIONAL DE DISTRIBUICAODE ENERGIA ELETRICA
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IMPACTO DA AUTOMACAO NA DISTRIBUICAO - METODOLOGIAE FERRAMENTAL PARA AVALIACAO DA RELACAO
CUSTO X BENEFIcIO
Aderbal de A.Penteado Jr.;Eduardo Cesar Senger;Marcos R.Gouvea;Alessio B.Borelli;
Jose Antonio Jardini;Lineu B.dos Reis;Antonio Cesar Jeronimo;Rodolfo Moretti.
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o trabalho apresenta parte dos resultados alcanyados nodesenvolvimento do projeto IIAutomayao de Redes deDistribuiyao" patrocinado pelo Centro de Excelencia emDistribuiyao - CED. Os objetivos basicos do projeto incluem 0
exame do impacto da automayao de sistemas Primarios, atravesde analise tecnico-economica, para obtenyao de relayao custo xbeneficios.
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•a: Na primeira fase do projeto procurou-se levantar necessidades,perspectivas e prioridades das tres concessionarias que,juntamente com 0 lEE compoem 0 CED: CESP, ELETROPAULO e CPFL.
A segunda fase do projeto, iniciou-se pelo exame do impactodos Sistemas de Supervisao e Controle (SSC) na Operayao dossistemas de Distribuiyao. Comparou-se desde a inexistencia deSSC, ate a automayao completa que inclui AM/FM/GlS, sistemacentral de computayao, remotas de rede, telecomando etelemediyao. Para cada nivel de automayao foram consideradasas funyoes de detecyao e isolayao do defeito, reconfigurayaoda rede para atendimento do consumidor (manobras), otimizayaode perdas e controle da tensao e de reativos.
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o trabalhodesenvolvidos
apresenta apara atender
metodologia e 0
esses objetivos,ferramentalestruturada
basicamente no emprego de tres programas implantados emmicrocomputador e que trabalham com bases de dados disponiveisnas tres concessionarias.
Sao ainda apresentados os resultados da aplicayao dessametodologia de analise a uma rede real, considerado apenas 0
impacto da automayao na operayao.
A mesma metodologia e ferramentalavaliayao do impacto no planejamento,redes primarias, onde se preve ganhos
estao sendo aplicados naprojeto e manutenyao dasmais substanciais.
IMPACTO DA AUTOMA9AO NA DISTRIBUI9AO - METODOLOGIA EFERRAMENTAL PARA AVALIA9AO DA RELA9AO CUSTO X BENEFICIO
3. FERRAMENTAL METODOLOGICO 073.1 - Resultados apontados pelas equipes de trabalho 073.2 - Ferramentas desenvolvidas para analise custo
x beneficio do impacto da automayao em redesde distribuiyao 12
4. RESULTADOS, CONCLUSOES E RECOMENDA~OES 214.1 - Avaliayao do impacto da automayao na
continuidade de serviyo 224.2 - Avaliayao econ6mica da automayao 26
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o CED Centro de ExceH~ncia em Distribui9ao de EnergiaEletrica foi definitivamente instalado no inicio de 1991,como produto do interesse comum de tres das concessionariasde energia eletrica do Estado de Sao Paulo (CESP, CPFL eELETROPAULO) e 0 Instituto de Eletrotecnica e Energia daUSP (IEE-USP). Sua produyao materializou-se entre outrasatividades, com 0 inicio de alguns projetos ligados adistribuiyao, entre os quais aquele cujos resultados daprimeira fase sac objeto desse trabalho. Para esse projeto("Automa9ao de Redes de Distribui9ao") constituiu-se equipetecnica composta de professores do Departamento deEngenharia de Energia e Automa9ao Eletricas da EscolaPolitecnica da USP e de engenheiros das tresconcessionarias.
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£ .1-d 1~I • o proj eto procura 0 examinar 0 impacto dos Sistemas de
Supervisao e Controle (SSC) em sistemas Primarios deDistr ibuiyao, especialmente quanto a obten9ao de relayaocusto x beneficio atraves de analise tecnico-economica.Espera-se dos seus resultados possiveis alterayoes nosprocessos e metodos atualrnente empregados na Operayao,Planejamento, Projeto e Manuten9ao da Distribui9ao.
A primeira fase do projeto Diagn6stico permitiu aequipe 0 conhecimento dos SSC ja implantados (ou previstos)nas concessionarias e a avalia9ao de suas potencialidades eperspectivas em confronto com as necessidades; 0 exame deatitudes e atividades praticadas nos outros paisesrelacionadas a automa9ao (levantamento bibliografico); eainda especialmente, essa fase foi util para orientar 0
desenvolvimento dos trabalhos do projeto em sua faseseguinte.
A segunda fase do projeto, procurou examinar 0 impacto dosSSC inicialmente apenas na Opera9ao dos sistemas de
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Distribuiyao, e sua terceira fase, em andamento, avalia arepercussao da automayao nas areas de Planejamento, Projetoe Manutenyao, com expectativa de maiores ganhos.
Outros objetivos nao explicitos, mas intrinsecos ao projetoe a propria constituiyao do CED, como a formayao de massacritica apta a estudos na area da distribuiyao, aintegrayao da Universidade com as Concessionarias e outros,podem tambem ser considerados resultados desse projeto.
Essa contribuiyao tecnica procura resumir os principaisresultados alcanyados na primeira e segunda fases doprojeto, bem como a metodologia e 0 ferramental empregados.
Apresenta-se inicialmente os resultados de "work-meeting"realizado entre equipes das entidades envolvidas noprojeto, com objetivo de apontar as necessidades eprioridades, ligadas a automayao da distribuiyao .
Em seguida apresenta-se a metodologia e 0 ferramentaldesenvolvidos para atender os objetivos da segunda fase doprojeto. Avaliou-se 0 impacto dos SSC na Operagao daDistribuiyao, comparando inicialmente dois niveis deaUtomayao, quais sejam, a inexistencia de SSC e a automayaocompleta que inclui triagem automatica de reclamayoes,AMjFMjGIS (Mapeamento automaticojfacilidade de geren-ciamentojsistema de informayao geografica), sistema centralde computayao, remotas de rede, telecomando e telemediyao.Para cada nivel de automayao foram consideradas as funyoesde detecyao e isolayao do defeito, e reconfigurayao da redepara atendimento do consumidor.Essa metodologia compreende duas formas de estudar 0
problema. A primeira, uma visao macro, avalia a viabilidade
econ6sica da aplicayao de sse enfocando os beneficiosrelacionados com a automayao e seu impacto no custo daenerg ia para a concess ionar ia, me Ihor detalhada em outroartigo apresentado nesse seminario (I). A segunda, umavisao mais detalhada, estruturada basicamente no emprego de
bases deUrn dos
dados disponiveisprogramas permite
nas tresavaliar a
continuidade de serviyo de rede aerea atraves do calculoestatistico da energia anual nao fornecida e do tempo medioanual de interrupyao, considerando os tempos delocalizayao, restabelecimento e reparo como funyao do pontode falha. 0 outro permite estudar 0 fluxo de potencia darede admitindo manobras. 0 terceiro, baseado em trabalho do
envolvendo adiamento de investimentos e gastos com operay30e manuteny30, permitindo avaliayao economica da implantay30do SSC inclusive no planejamento da expansao da rede.
Vale notar que a avaliayao do impacto da automa9aO em umarede convencional tratada nesse trabalho, pressupOe queessa rede A administravel mesmo em situay5es de emerg~ncia.Quando a rede esta degradada de tal forma que 0 COD naoconsegue administrala 0 custo necessario para automatiza-iadeveria ser comparado corn aquele necessario para torna-laadministravel de forma convencional (estruturay3o do COD,das equipes de campo, etc. ) somado aos beneficiosadicionais decorrentes da automay3o.
Finalizando se apresenta os resultados da aplicay30 dessasferramentas e rnetodologia de analise a parte de uma redereal da CPFL (Americana) considerado apenas 0 impacto dealgumas funyoes da automayao na Operay3o.
Aponta-se ainda nas conclusoes, para perspectivas de ganhossubstanciais corn a implantayao de sse quando avaliados osbeneficios no planejamento e Projeto da Distribuiyao.
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A reuniao de trabalho entre as equipes contou com aparticipayao de 20 especialistas em distribuiyao,atuantes nas areas de projeto, planejamento, operayaoe manutenyao, que se subdividiram em 3 grupos detrabalhos ap6s uma reuniao conjunta, com a tarefa deapontar necessidades, beneficios e priorizar asfunyoes ligadas a automayao passiveis deimplementayao. As conclusoes e recomendayoes de cadaurn dos grupos que sac aqui resumidas, foramdiscutidas e consensadas ao final da reuniao.
Essas conclusoes nao podem ser tomadas como absolutase estaticas. correspondem a visoes do problema que,ao inicio do projeto, foram importantes paradirecionar os primeiros esforyosi mas sac passiveisde mudanya com 0 aprofundamento do estudo. Atualmentepor exemplo, se considera que 0 impacto da automayaono projeto e Planejamento deve produzir beneficiosmais expressivos que na Operayao, area que naquelaoportunidade foi considerada prioritaria.
A tabela 3.1 apresenta hierarquicamente os principaisbeneficios advindos da automayao, relacionados asareas consideradas por ela afetadasManutenyao, Projeto e Planejamento).
Os beneficios foram classificados segundo as areasnas quais produzem 0 maior efeito, nao obstante,existam beneficios que afetem varias areas. Parahierarquiza-los foi atribuido rnaiorgrau ao beneficiomais irnportante.
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IIMANUTENCAOIla. prioriza~ao das a~oes de manuten~ao preventivaIIPROJETO E PLANEJAMENTOIla. redu~Bo de investimento peto melhor aproveita-I mento da rede e equipamentoslb. reavatia~Bo nos criterios de planejamentoIe. acompanhamento do desempenho de equipamentosId. hist6rico do crescimento de carga
agiliza~Bo na detec~80 e localiza~Bo de defeitosredu~80 do tempo de isola9Bo e restabelecimentoftexibilidade de opera98ootimiza98o na utitiza~80 de alimentadores eequ ipament osmonitoramento de tensoes e correntesmenor dependlmcia do operadorredu~8o de custo operativomelhoria no ptanejamento da opera~aocontrole de cargas interruptivas e cogera~aoacompanhamento da evolu9ao de sistemaprodu98o de relat6rios de estatistica de falhasupervisao de reativosredu~8o de perdas
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Foram identificadas 5 func;oes basicas do Sistema desupervisao e Controle, necessarias para concretizac;aodaqueles beneficios:
Aquisic;ao e tratamento de Dados;Telecomando;Apoio a operac;aona detecc;aode defeito;Registro de eventos;Apoio ao planejamento operative (simulac;oes).
A priorizac;ao dessas func;oes foi obtida atraves dadependencia dos beneficios a elas, como mostra aTabela 3.2, na qual as letras identificam essesbeneficios como indicado na tabela anterior.
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Atraves da analise qualitativa dessa Tabela observa-se que a funyao Aquisiyao e tratamento de Dadoscontribui para todos os beneficios identificados. Asfunyoes Registro de Eventos e Apoio ao planejamentoOperativo contribuem para 10 beneflcios e as outrasduas funyoes contribuem para 5 beneficios.
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I FUNCAO IAQUISICAO EITELECO- 'APOIO A IREGISTROIAPOIO AO II ITRATAMENTO 'MANDO IOPER. NAIDE EVEN-lpLANEJ.OPE-1I IDE DAOOS IDETECCAO I10S IRATIVO IIAREA I IDEFEITO I I II I I I I I10PERACAO I I I I II I I I I II a I X , X, I IIb I X X I X I 'X IIe I X I X I X I I X II d I X I I I X I X II e I X I I , I IIf I X , I X I X I X IIs I X I X I X I I X II h I X I I I X I X II ; I X I X I , I X II j I X I I 'X I X II k I X I , I X I II l I X I I I I II m I X , X I I I X ,
I MANUTENCAO I I I I I II a I X I I I X I II PROJ/PLAN I , I I I II a I X I I I X I X II b I X I I I X I II e I X I I I X I X II d I X I I I X I II
No ambito das discussoes foram ressaltados algunsaspectos jUlgados relevantes:
o projeto da rede que operara contando com 0
sistema de Supervisao e eontrole, se efetuado comcriterios e padroes especificos, permitira 0 melhoraproveitamento das potencialidades do sistema. Istosignifica que a instalayao de urn sse em uma rede
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convencional ja existente implicara em umaavalia<;ao da sua topologia e das condi<;oeseletricas para identificar a<;oes fisicas quepermitam a obten<;aodos beneficios desejados .
- 0 sse pode contribuir para a integra<;ao das areasde Distribui<;ao Transmissao e Gera<;ao, acarretandobeneficios indiretos com essa harmonia;
- 0 COD que opera com um sse constitui um importantecentro de informa<;aopara toda a Empresa.
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A visao apresentada nas tabelas 3.3 a 3.5 sobre aimplementa<;ao da automa<;ao,permitiu identifica<;ao debenef icios as diversas areas, associados a 2"estagios"ESTAGIO I:
da implanta<;ao da automa<;ao:COD com AM/FM/GIS; e unidades terminaisremotas (UTR's) nas subesta<;oes.Facilidades do Estagio I acrescidas deremotas nos alimentadores
1I "ESTAGIO" 1 "ESTAGIO" II I1 1 I11) Flexibilidade de 11) Localiza~ao e identifica-I1 manobras 1 ~ao de faltas (inclusive I1 I fios partidos) 112) Aumento da seguran~a 12) Melhoria adicional no es-II nas manobras 1 quema de manobras (recon-II I figura~ao do sistema) I13) Maior "dominio" do sistemal3) Controle [VJ
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lOESrAGIOlO I I IEsrAGIO" 11 (ad;c;onais)I I11) Maior quantidede e confia-11) Qualidade adicional desI bilidade de infor'ma~oes I informa~5esI (enfase as curves de Car- II ga) I12) Redu~ao de investimentos I 2) Redu~ao adicional deI devido a adeque~ao de I investimentosI criterios I
"EsrAGIO" I I lOEsrAGIO" II (adicionais)I
11) Registro de informa~oes 11) Reg;strosadicionais deoperatives de equipamentosl i~forma~oes operativas(planejamento de manuten- I de equipamentos
I ~ao/inspe~ao) 112) Redu~ao de medi~oes 12) Redu~5es ad;ciona;s deI graficas e eumento da I med;~oes graficasI qualidade I
De uma forma geral, concluiu-se que os beneficiosmais imediatos (mas nao necessariamente os maisimportantes) estao na operayao do sistema. Sao essesbeneficios vinculados a implementayao de funyoesautomatizadas no sistema cornos seguintes objetivos:
- identificayao do defeito;isolayao da area;restabelecimento ap6s 0 defeito;
- informatizayao do atendimento a consumidores.- balanceamento da carga;- controle volt/var.
Foi consensual ainda a avaliayao do grande potencialde beneficios que a automayao pode trazer na mudanyados criterios de projeto e planejamento:
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- reduyao de investimento pela melhor utilizayao dosequipamentos proporcionado pelo maior conhecimentoda curva de carga e facilidade de manobras.reduyao dos coeficientes de seguranyaiconhecimento do desempenho dos equipamentosi
A automayao pode ser implantada de forma gradativa,obedecendo a seguinte ordem de prioridades:
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- banco de dados (prodadis, Grade, etc.);- GIS/AM/FM;- automayao da sUbestayao (aquisiyao, telecontrole e
proteyao adaptativa)i- instalayao de remotas na rede (alimentadores) corn
aquisiyao e telecontrole .
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Esses resultados levaram a equipe do projeto aestabelecer cinco "niveis" de automayao para os quaisseu impacto na Operayao foi estudado. Esses niveisestao melhor definidos no item 4 deste artigo.
3.2 - Ferramentas desenvolvidas para analise custo x beneficiodo impacto da automayao ernredes de distribuiyao
Para propiciar 0 atendimento das diretrizes geraisapontadas pelos grupos de trabalho, ao longo da segundafase do projeto (cujos objetivos foram descritos no item2 desse trabalho), foram implementados tres programas ernmicrocomputador aptos a trabalhar corn bases de dadosdisponiveis nas concessionarias. Esses programasdeveriam permitir avaliayao do impacto dos sseprioritariamente na Operayao mas tambem deveriam sersuficientemente amplos para permitir posterior uso noestudo da repercussao da automayao no planejamento eprojeto, objeto da terceira fase do projeto. Sao a
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seguir descritos os objetivos basicos emetodologiadessas tres ferramentas de analise do problema .
3.2.1 - Programa para avalia9ao da continuidade de servi90 emuma rede aerea de distribui9ao
A estrutura basica do programa e detalhes, constam dareferencia (III), sua fonte. Apresenta-se aqui umadescri9ao resumida sobre a metodologia para 0 calculoda energia anual nao fornecida e 0 tempo medio anualde interrup9ao no fornecimento para uma dada rede dedistribui9ao. A partir desses resultados e possivelainda estimar a Dura9ao Equivalente por consumidor -DEC. Tal metodologia diz respeito exclusivamente adefeitos permanentes ocorrendo nas linhas eequipamentos da rede primaria.
Grande parte dos metodos utilizados para avalia9ao dosindices de confiabilidade da rede de distribui9aoconsideram como fixos os tempos de localiza9ao,realimenta9ao e reparo. No procedimento adotado seutilizou urn modelo mais elaborado, onde tais tempossac considerados como fun9ao do ponto de falha.
Para tanto, se procedeu a simula9ao da a9ao dasEquipes de reparo, assumindo-se como conhecidos osseguintes parametros: velocidade media de deslocamentoda equipe, velocidade media de deslocamento de umeletricista a pe, tempo para manobrar uma chave, tempopara efetuar um contato via radio e 0 tempo medio dereparo de linhas e equipamentos. Alem desses dados,referentes a a9ao das equipes, sac necessarios osseguintes dados sobre a rede: Taxa de falha doscomponentes da redei Tra9ado da rede (em coordenadasUTM)i Localiza9ao das seccionadoras e religadores;
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valores das cargasj Curva de carga diaria;de rea9aO do consumidor.
Inicialmente 0 programa divide a rede em zonas,definidas como blocos compreendidos entre duas chavesseccionadoras. No processo de simula9ao, 0 tempo aolongo do dia e discretizado em 48 intervalos de 1/2hora de dura9aO. Para cada zona da rede, 0 programarealiza 48 simula90es. Em cada uma dessas simula90esconsidera urn defeito permanente ocorrendo na zona einiciando em cada urn dos 48 intervalos do tempodiscretizado. A partir da filosofia de a9ao da equipede reparo, discutida a seguir, 0 programa determina 0tempo gasto para realizar as manobras necessarias e osservi90s de reparo na rede, bem como a energia naofornecida nesse periodo (E(i,t) = energia naofornecida para um defeito ocorrendo na zona "i", noinstante "t").
Sendo N 0 numero de defeitos/ano por 100kM de rede eli 0 comprimento em kM do alimentador, determina-se aenergia media nao fornecida anualmente devido a falhas-no tronco "i" E(i) atraves de:
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A energia media total nao fornecida anualmente devidoa falhas em todos as zonas da rede e obtida pela soma-dos E(i). A energia nao fornecida devido a defeitos emequipamentos e obtida de forma analoga, considerando 0numero de equipamentos e a sua taxa de falha anual.
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A filosofia de a9aO das equipes de reparo pode variarde uma concessionaria para outra. A que foiconsiderada no programa corresponde aquela adotada
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pela companhia Paulista de For9a e Luz (CPFL), parapesquisa de falhas desconhecidas.
Tal filosofia, basicamente consiste em procurar aponto de defeito, atraves de manobras em pontospreviamente fixados e, contemporaneamente, realimentarblocos sem defeito da rede defeituosa sempre quepossivel. 0 programa preve a possibilidade deexistencia de ate tres pontos preferenciais dernanobras, denorninados: ponto principal (IP1), ponto arnontante (IPM) e 0 ponto a jusante (IPJ) (podernserconsiderados 3, 2, 1 ou nenhum ponto preferencial dernanobra). Quando ocorre urn defeito, transcorrido 0
tempo de rea9aO do consumidor a equipe e acionada e sedirige ao ponto principal onde, atraves de manobras,descobre se 0 defeito e a montante ou a jusante desteponto. Se 0 defeito for a montante e existir socorropossivel, realimenta a bloco da rede a jusante.
Se for a jusante mantem energizada a rede ate IP1. Emseguida a equipe se dirige a IPM (se 0 defeito for amontante de IP1) ou a IPJ (se 0 defeito for jusante deIP1) para efetuar novas manobras e localizar a zona darede com defeito, realimentando atraves de possiveissocorros, os blocos de rede sern defeito. Vma vezlocalizado 0 trecho defeituoso, a equipe efetuarnanobras em cascata, de montante a jusante, atelocalizar a bloco, compreendido entre duas chaves. Aseguir, urn eletricista percorre a pe 0 bloco entreessas duas chaves e localiza a ponto de defeito, paraonde se dirigira a equipe de reparo.
Durante todas as fase da a9aO da equipe de reparo ecomputada a energia nao fornecida e 0 tempo dedesligamento. No calculo desse tempo sac consideradostodos os tempos elementares (tempo de deslocamento,tempo para tomar medidas de seguran9a, tempo paraacessar 0 ponto de manobra, tempo para manobrar a
seccionadora, tempo de saida do ponto de manobra,tempo de contato via radio, etc.).
a programa supoe conhecido, na saida do alimentador, 0
valor medio da potencia ativa (ptot). Nos pontos decarga supoe-se determinaveis ou previsiveis, osfatores de contribuiyao (fcon) para a hora de demandamaxima na saida do alimentador. Obviamente os fatoresde contribuiyao nao serao os mesmos para outrascondiyoes de carga, mas, em nome da simplicidade,serao admitidos constantes. Com essa hip6tese, 0
programa calcula a potencia media no j-esimo ponto decarga, pelo produto do fcon-j pela Ptot. A potenciamedia em toda a i-esima zona sera:
mipi = ~J=londe mi e
o DEC para urn dadoaproximadamente pelamedia nao fornecida e
alimentador pode ser calculadorelayao entre a Energia anuala potencia media do alimentador.
Resultados do emprego do programa a rede de Americanasac apresentados no item 4.
a programa de "Load Flow" em redes de distribui<;ao,obviamente importante para as analises a seremdesenvolvidas nas duas etapas da segunda fase doprojeto, foi cedido pela CESP e instalado no CED. Terncapacidade para estudo de 8 "areas", com 8 sUbesta<;oese 40 alimentadores, cada urn deles com 240 trechos, 120chaves, 4 reguladores, 8 capaci tores e 12 chaves de
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especificas:RRD - E urnredutor de redes destinado a dirninuir 0 nQ
de n6s dos alirnentadores, sernalterar os resultados darede. Os n6s de carga que sac elirninados ternsua cargarefletida nos n6s rnantidos (carga equivalente). Ao fimda execuyao do RRD e gerado 0 arquivo reduzido AR.DAT,criado a partir do Arquivo de Sirnulayao Geral, obtidoa partir da base de dados de cada ernpresa (ASG).ILF Destina-se a modificar dados de SE's ealimentadores do ASG, realizar rnanobras entrealimentadores do ASG, emitir relat6rios parciais ecompletos sobre conteudo do ASG.CESFL - Destina-se a calcular 0 fluxo de potencia emtodos os alimentadores do arquivo; todos alimentadoresde uma area; todos os alimentadores de uma SE; ou umunico alimentador especifico. Permite ainda proceder amanobras entre dois ou mais alimentadores. 0 usuariobasicamente define as ligayoes a serem fechadas ouabertas, e 0 programa simula 0 fluxo de potencia detodo 0 sub-sistema eletrico especificado .
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B,. d o programa calcula tanto rede radial como em malha.Permite modelar a carga atraves da cornposiyaode cargade corrente constante, Impedancia constante e Potenciaconstante.
3.2.3 - Programa paradistribuiyao
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o programa em computador dig ital desenvolvido paraanalise de custojbeneficio de alternativas deautomayao da distribuiyao foi baseado em trabalho doEPRI (II). Foi elaborado de forma completa, comosugerido no referido trabalho, permitindo desta forma
avaliayoes nao s6 para uma determinada configurayaoautomatizada, como tambem para a evoluyao da mesma notempo. Trata-se portanto de uma ferramenta aplicavelaos estudos de avaliayao do impacto da automayao noplanejamento do sistema.
As principais possibilidades e caracteristicas desteprograma sac apresentadas a seguir, de forma sucinta eobjetiva, consistente com 0 objetivo deste trabalho:
As equayoes economicas permitem que se considere ataxa de juros , a taxa de inflayao e uma taxa dedepreciayao. Esta t1ltima pode permitir aconsiderayao de diversos fatores, tais como:depreciayao de recursos, crescimento de demanda eavanyos no estado da arte (taxa negativa).
- a programa permite a execuyao dos seguintes tipos deanalise economica: Analise de Investimento Perpetuo("Continuing Plant"); Analise de Vida Contabil("Book Life"); Analise Ano a Ano; Analise de CurtoPrazo; Analise do Ponto de Inversao ("Break EvenPoint"), para mais de uma alternativa.Genericamente, 0 programa permite 0 calculo dosseguintes tipos de beneficios: Adiamentos deinvestimentos; Beneficios de Operayao e Manutenyao(tanto dependentes de substituiyao de equipamentos("hardware"), quanta de funyoes de Automayao; Ganhosdevidos a diminuiyao de energia interrompida e aalterayoes na curva de carga (devidas, por exemplo,a controle da demanda).
- Em sua versao atual, 0 programa permite a analisecustojbeneficio para as seguintes funyoes deautomayao: AMjFMjGIS; Controle Manual sob comando doCOD (interface com SCADA); Aquisiyao e Processamentode Dados; Chaveamento e Seccionamento Automaticos;Controle Integrado VoltjVar.
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As tabelas 3.7 e 3.8 apresentam respectivamente, osprincipais beneficios e custos passiveis de calculocom 0 programa .
o programa incorpora urn banco de dados com asprincipais variaveis economicas e estatisticas deoperayao de urn sistema de distribuiyao I para seremusadas nos calculos caso nao sejam fornecidas novasinformayoes. Estes dados atualmente sac os sugeridosno trabalho do EPRI, estando em andamento a coletade dados nas concessionar ias para obtenyao de umbanco incorporando a experiencia brasileira.
- 0 programa foi testado para urn caso de planejamentoapresentado no trabalho do EPRI sendo tambemaplicado ao caso simples de avaliayao decusto/beneficio da automayao aplicada somente aoperayao do sistema, efetuado para Americana, cujosresultados sac apresentados no proximo item.
- 0 programa apresenta saida detalhada identificandoseparadamente os diversos custos e benef iciosdesenvolvidos, permitindo identificayao imediata dasareas onde se deve colocar mais esforyo paraotimizar as condiyoes economicas.
Fun90es e (Beneficios) considerados na
avaliayao econ6mica
- controle manual: (DDC/Interface com SCADA)- Aguisicao e Processamento de Dados
Congelamento de Dados Analegicos: (Faci lidadesde rearranjo)Monitoracao de Dados: (Economia em Equipamentos; IDados mais confiaveis; Redu~ao de gastos comreparo e manuten~ao)Registro de Dados: (Como Monitora~ao de Dados)
,- Chaveamento e seccionamento automaticosLocalizacao de faltas: (Menor tempo paralocaliza~ao)Isolacao de faltas: (Economia em equipamentos;reducao de tempo em manobras para isola~ao apesloca liza~ao);Restauracao de Servico: (Menor tempo deinterrupcao; Menores custos de queixas; reducaode tempo das equipes; Impacto emGera~ao/Transmissao).Reconfiguracao de Rede: (atraso na adi~ao detransformadores; Redu~ao de perdas; redu~ao detempo e viagens da equipe)
- Controle Integrado VOLT/VARControle Tensao Barra: (Economia em LTCs; Ganhos!
IIIIII
(Economia em controle de bancos capacitores; Imenos reclamacoes de queda tensao; conservacao Ida regulaCao de tensao; conservacao de carga; Iganhos em reparos e manuten~ao) IControle Reativo do alimentador: (Economia em Icontrole de bancos capacitores, aumento ida capacidade de Gera~ao e Transmissao (menores Iperdas); aumento capacidade da SE e Ialimentadores; ganhos em reparos e manuten~ao; Ideteccao de capacitor falho) !Controle Reativo na SE: (Economia em controle Inos bancos Capacitores das SE's; ganhos em Ireparos e manutencao) I
(Economia em equipamentos; Ganhos emreparos e manutenCao)Compensacao de gueda na linha: (Como acima)Controle remoto de tensao no alimentador:
em reparos e manutencao)Controle da Corrente de Transformadores:
1- Custos de equipamentos convencionais1- Custos de processadores e controladores digitaisI Centro de Opera~ao da Distribui~aoI .M6dulo de Interface da Subesta~ao II .Unidades de Aquisi~ao e Controle de Dados II .Sistema central do SCADA I1- Custo de equipamentos de potencia do sistema de II automa~ao da distribui~ao 1
I .Detector de falha II . Chave de operat;ao sob carga i1 .Armazenador de energia para disparo de chave I
I .Chave de banco de capacitores II .Conjunto para monitorat;ao de temperatura do 6leo II de transformador II Sistema de indica~ao e chaveamento de posi~ao do II OLTC de transformador 1
I .Transformadores de corrente e potencial II .Transdutores (corrente, tensao, potencia ativa e II potencia reativa) I1- Custos de equipamentos de telecomunicat;ao II .Para sistema de "Carrier"; "Leasing" de canal de II comunica~ao, unidade de controle na SE, unidade I1 de acoplamento de sinal, unidade de acoplamento I
I "by-pass" e Unidade Remota de Al imentador (com II comunica~ao em apenas urn ou dois sentidos) II Para sistema de Radio: "Leasing" de canal, 1
1 controlador Base para SE, Transceptor base para !I SE, Unidade Terminal de Radio e Unidade Remota de II Alimentador II Para sistema de Radi 0 "Broadcast": unidi rec iona l II (AM) e bidirecional (AM em ida e VHF para II retorno) II Para sistema de telefone: terminal de dados, II controlador, acoplador, rede telef6nica chaveada !I e Unidade Remota de At imentador. I
No presente estagioferramentas descritas
do proj eto foram aplicadas as(e outras considerayoes pertinentes a
planejamento, otimizayao naoserem compativeis com a natureza do
artigo) a tresparticulares: Lapa
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quais alguns resultados sac descritos em outro artigo (I)e Americana (CPFL).
De forma a apresentar as potencialidades da metodologia deestudo e respecti vas ferramentas sac resumidos a seguirresultados parciais de sua aplicayao a rede de Americana. 0programa de fluxo de potencia aplicou-se apenas paraverificar se uma transferencia de carga imaginada eraviavel.
4.1 - Avaliacao do impacto da automacao na continuidade deservico
Levando em considerayao as conclusoes apontadas noitem 3.I, foram imaginados cinco "niveis" deautomayao, para os quais a continuidade de serviyofoi avaliada com 0 programa anteriormente descrito,calculando-se a Energia Media Anual nao fornecida e aestimativa do DEC correspondente. Os niveis II e IIIcorrespondem ao "estagio" I identificado no item 3.1,e os niveis IV e V de automayao ao "estagio" II.
NIVEL I: Neste nivel se considera uma redeconvencional, sem nenhum recurso de automayao. Quandoocorre urn defei to permanente, a operayao e alertadaatraves da reclamayao do consumidor (telefone 196).Neste caso se considera que a partida da equipe dereparo se da 35 minutos apos a ocorrencia do defeito.Para se chegar a este tempo adotou-se 0 tempo dereayao do consumidor igual a 20 minutos, 0 tempo parao centro de operayoes identificar nos mapas da rede 0
circuito defeituoso igual a 10 minutos e 0 tempo paraa equipe de reparo ser colocada em movimento igual a5 minutos. A simulayao das ayoes da equipe de reparoenvolve modele bastante elaborado e varios parametros
anteriormente apontados, para os quais foram adotadosvalores medios.
NIVEL II: No nivel II de automa<;::aose considera queo Centro de Operayao da Distribuiyao e dotado derecursos de AM/FM/GIS, que permitem, a partir dareclamayao dos consumidores, identificar rapidamenteo circuito defeituoso. Em termos de simulayao isto sereflete em uma reduyao no tempo de partida da equipede reparo, agora adotado igual a 25 minutos (20minutos para reayao do consumidor e 5 minutos paraacionamento da equipe). Os demais parametros sacmantidos.
NIVEL III: Neste nivel de automayao se considera aexistencia de remotas instaladas apenas nassubestayoes. Para defeitos no alimentador, 0
disjuntor da SE atua e 0 COD e imediatamente avisadoda ocorrencia pela remota. Ja para defeitos em ramaisprotegidos por fusiveis ou religadores, a situa<;::aoea me sma do nivel I. Em termos de simulayao, 0 tempode partida da equipe de reparo sera feito igual a 5minutos para defei tos no alimentador e 35 minutospara defeitos em ramais.
NIVEL IV: Neste nivel de automa<;::aose considera todaa area provida de um sistema de supervisao e controlecom remotas instaladas ao longo dos alimentadores.Adrnitiu-se que nas remotas se encontra implementada afun<;::ao"Localizayao de Defeito" e que as chavesseccionadoras existentes na rede convencional passarna ser telecomandadas pelo operador do COD. Ap6s aocorrencia de um defeito, 0 operador imediatamente 0
localiza e no prazo de 5 minutos telecomanda rnanobrasno sentido de isola-Io e proceder a reenergizayao daparte nao defeituosa.
seccionadoras e automatico, sem intervenyao dooperador. Admite-se tempo nulo para isolayao ereenergizayao e os demais parametros permanecem.
A rede estudada considerou 3 alimentadores da SjE
Americana com caracteristicas descritas na tabela 4.1e curva de carga diaria arbitrada.
Comprimento Potencia Demanda I DemandaAlimentadores do circuito Instalada Maxima I Media
(metros) (kVA) (KII) I (KII)I
AME03 3120 1980 750 500
AME04 13000 13420 5000 3546
AME05 24280 8137 3000 i 2127i
Taxas, tempos e parametros necessarios, adotados nasimulayao, podem ser obtidos na tabela 4.2.
1Itaxa de defeito
Linha f
I tempo de reparoIItaxa de defeito
Chave !~-------------~!tempo de reparo 90 min
0.3 defeitos/Km/anoiI
20 min II
0.02 def/chave/anoi
Distancia entre a sede da equipeeaSE (Km)
Tempo para tomar medidas de seguran-c;a (mi n)
Tempo de acesso ao ponto de manobra(min) 0,5
Tempo de saida do ponto de manobra(min)
Os principais resultados obtidos da simulayao podemser examinados na tabela 4.3, que descreve a reducaona energia media anual nao-fornecida, produzida pelaintroduyao de um determinado nivel de automayao (IIate V) em relayao a rede convencional. A tabela 4.4apresenta a reduyao correspondente no DEC.
Nivel II Nivel I I I Nivel IV Nivel viAME03 I 110 330 586 641 I
IAME04 1315 3400 6350 7009
AME05 1251 2955 6775 7393
TOTAL 2679 6685 13711 15043
INivel I I Nivel I I I Nivel IV Nivel V
AME03 jOH 13M OH 39M 1H 10M lH 17M IAME04 'OH 22M lH 01M lH 45M lH 59M IAME05 OH 35M lH 23M 3H 11M 13H 28M !
Redu~aoJMedia Ido DEe OH 25M lH 07M 2H 14M 2H 26M
Para alimentadores pequenos como 0 circuito AME03 0
ganho na continuidade de serviyo com a utilizayao daautoma9ao e menos significativo. Para 0 Nivel IV, 0
valor devido a redu9ao da Enf (valor presente daenergia, capitalizada por 15 anos e considerado 0
custo de 1US$/KWH, com taxa de juros de 10%)corresponde a US$ 4457,00 e a redu9ao no DEC de 1H e10 min. Para alimentadores maiores os beneficios sacmais expressivos, correspondendo a US$ 45300,00 e US$51531,00 para AME04 e AME05 respectivamente, e
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valores de reduyao no DEC significativamente maiores(2H e 3,5H respectivamente).
Os benef icios econ6micos da automayao serao melhoravaliados no item seguinte, mas 0 expressivo "ganho"corn a reduyao no DEC proporcionado pela automayao,por ser subjetivo e dificilmente quantificavel naoconsta daquela avaliayao.
o programa de analise de custo/beneficio da automayaofoi tambem aplicado aos 3 alimentadores da SE deAmericana, nos mesmos niveis de automayaoconsiderados no item 4.1. Como 0 Nivel I e 0 sistema
comparayao. Os custos e beneficios dos demais niveissac entao diferenciais, referentes a variayao comrelayao ao sistema convencional.
A avaliayao para 0 Nivel II considerou apenas adeterminayao dos beneficios decorrentes da diminuiyaoda energia interrompida com relayao ao sistemaconvencional. Os custos nao foram considerados poisvaG depender de uma serie de caracteristicas do COD,do sistema abrangido (nQ de SEs, importancia dascargas, etc), e das funyoes implementadas. Se, destecenario, fosse possivel "separar" urn custocorrespondente somente a SE de Americana,poderia ser contraposto ao beneficio calculado.
Para 0 Nivel III, com remota apenas na SE foramconsiderados: a) Benef icios relati vos a Aquisiyao eProcessamento de Dados congelamento de dadosana16gicos, ganhos operacionais devido a melhoria de
planejamento da operayao e manutenyao, e registro dedados; b) Beneficio devido a diminuiyao da energiainterrompida e; c) Custos de Modulo de integrayao deSE, sistema de controle e aquisiyao de dados paratransformador, indicadores de posiyao de tap,conjunto para indicayao de temperatura do oleo dotransformador, transformadores de corrente epotencial, transdutores (tensao, corrente, potenciaativa e potencia reativa) e sistemas de comunicayao(alternativas ernradio e onda portadora - "carrier",nao considerando custos de "leasing" de canal).
Para 0 Nivel IV, em adiyao aos beneficios e custos doNivel III, foram considerados a) Beneficiosadicionais devidos a diminuiyao da energia naosuprida; b) Beneficios relativos a reduyao de temposde equipes devido as funyoes de Localizayao eIsolayao de Falta e; c) Custos relativos as unidadesremotas de alimentador e detectores de faltas; chavesde abertura sob carga e mecanismos armazenadores deenergia (chaves dos alimentadores comandadas adistancia, chaves de transferencia de alimentadores erateio do custo para chaves de socorro por outra SE);custos adicionais de telecomunicayao.
Para 0 Nivel V, ern adiyao ao Nivel IV foramconsiderados: a) Beneficios devidos a reduyaoadicional de energia interrompida e b) Beneficios dereduyao de tempo de equipe devido a funyaoRestaurayao de Serviyo. Quanto aos custos, foramconsiderados iguais aos do Nivel IV, assumindo-se anao existencia de custo extra para implementar apenasa funyao adicional de chaveamento automatico nasremotas ja existentes.
Os calculos foram efetuados com: a) dados tipicos dotrabalho do EPRI, considerados compativeis corn asinformayoes disponiveis; b) dados de taxas de falha e•••••",.
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comprimento de circuitos ja apresentados para a SEAmericana; c) Custos de Operayao e Manutenyao iguaisa 2% dos investimentos e, d) tres al ternati vas de"custo" unitario de energia: 50 mills/kwh, 1US$/kwh e2US$/kwh.
Os principais resultados obtidos, resumidos na Tabela4.4, conduzem as seguintes conclusoes, considerandoapenas os beneflcios relativos a operagao:
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l. Com a energia interrompida valorizada a 50mills/kWH, nao se justifica economicamente aautomayao da distribuiyao, quando se considera avisao econ6mica de retorno do investimento como aunica variavel do problema. Ainda assim se observaque boa parte do investimento pode ser amortizado.2. A automayao apenas na de subestayao (Nlvel III),seria justificavel para urn valor de energiainterrompida entre 1U$/kwh e 2U$/kwh, mais pr6ximo doprimeiro.3. A automayao completa poderia ser justificada paraurn custo da energia interrompida acima e pr6ximo de1U$/kwh, nao considerada a comunicayao. Levando-a ernconsiderayao, 0 sistema carrier seria 0 mais barato ea automayao completa s6 seria justificada para urncusto de energia interrompida acima de 1,5US/kwh. Verifica-se al 0 grande peso da comunicayaona economia do sistema. Isto justifica esforyos paraestabelecimento de sistemas de telecomunicayao maissimples e baratos quando se for detalhar aimplantayao da automayao.4. A considerayao de vida util de 30 anos, ao invesde 15, ou de 3 unidades remotas nos alimentadores, ao
altera significativamente asE importante ressaltar que esta
metodologia de analise, se efetuada paraconfigurayoes mais favoraveis podera justificar aautomayao para valores mais baixos do custo unitario
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da energia interrompida, ou, mesmo que mantido 0
custo da energia ern 50 mills/kWh, amortizar parcelamais expressiva do custo. Ern complementayao, deve-selembrar que esta analise considerou apenas osbeneficios relacionados corn a operacao. Os valoresobtidos levam a esperar que quando forem tambemconsiderados os beneficios relativos ao planejamentoe projeto, a automayao se justifique para valores bemmenores do custo uni tario da energia interrompida.Esse e 0 grande objetivo da proxima fase do projeto.Uma analise mais detalhada nesse sentido eapresentada ern outro artigo desse seminario, oriundodo mesmo projeto (I).
I JARDINI, J. A et alii. Custo de automacao x Custo deenergia nao suprida. XI SENDI, Blumenau 1992. 29 p.
II EPRI .Guidel ines for evoluating distribution automation.Relatorio EPRI, EL-3728, 1984. 634 p.
III - GALVAO, L.C.R. Conf iabi 1idade ern Redes de Distr ibuiyaoPrimaria. Sao Paulo 1981. Tese de Doutorado EPVSP.
AVALIA9AO CUSTO/BENEFICIO DA AUTOMA<;:AO
DO SISTEMA DE DISTRIBUI<;:AO DA SE
AMERICANA
Valores presentes em 103 US$,ana, periodo de analise 15B = Beneficios
custo danivel energia 50mills!kwhdeautoma~ao
B I CoB,Naocalcu-lado
i1,02
1
N-!I Ic:~cu 20,38lado I
Naocalcu 40,75ladoI
I sem custo
Itelecom. 76,8
III
c/sistema Ii radio i 82,6
I ICI carrier! 89,0 "0,9 69,1 89,0 68,2 20,8 89,0 119,0 - 30'01
I-I.:;;" w<to II ~elE:Com. 191,U.: 42,4 148,611191,0 141,5 49,5 191,0 245,8 - 54,8'IV. 1
I c/sistema J II ! 1! radio 1261,4 42,41219,01261,4 141,5 119,9 261,41245,8 +15,6II c! carrier 231,1 142,4 188,7 231,1141,5 89,61231,1245,8,-
1 ISF'm custo I I ,! Itelecom. 191,0 J 46,5j144,51191,0;155,21 35,8191,0,269,6-I V I . .: C!Siste~m'J I II radio, 261,4 46,5,214,9261,4 155,2 106,2[261,4 269,6-
I ~.cI.carrierl~31,1 146,5[184,6231,11155,2 75,91231,1269,6-
It custo I . I! I i
Iv* ~~e~l~om.,~Y~~~~~7'6~.:139'51197'11192'31 4,8197,1334,1
I c~sistema i-, I i-I !! raOlO ,Lo9,6 ! S7,6:21L,3,269,6,192,3/ 77,3 269,6 334,11
I cl carrier 238,4 I 57,61180,81238,4 192,31 46,1 238,4 334,1 - 95,7
sem custo) I I Itelecom. 183.5 i 46,51137,01183,5 155,2 28,3 183,5 269,6 - 86,1
v** r- .~- t i Ir c/sistema Ii II I Iradio 242,2 i 46,51195./:242,21155,2 87,0 242,2 269,6 - 27,4
cl carrier 217,7 ! 46,5!171,2i217,rji55,2 62,5 217,7/269,6 - 51,9
19,9156,91
I19,9: 62,7
14,7/
78 61, I
8,2!38,51
!-137,O!
-l,- 64,S!
* Caso com periodo de analise 30 anos.** Caso com apenas 3 UTR'S nos alimentadores
em substituiyao a 5 UTR1s dos anteriores.
