SALMAZO, Fabrício. SUCHEVICZ, Leomar. TONETTI, Márcio RESUMO

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1 ESTUDO COMPARATIVO TÉCNICO-ECONÔMICO ENTRE REDES DE DISTRIBUIÇÃO CONVENCIONAL E COMPACTA PROTEGIDA ESTUDO DE CASO: ALIMENTADORES URBANOS DA SUPERINTENDÊNCIA DE DISTRIBUIÇÃO LESTE DA COPEL SALMAZO, Fabrício SUCHEVICZ, Leomar TONETTI, Márcio RESUMO A melhoria na qualidade do sistema de distribuição, devido principalmente ao controle realizado pelo órgão regulamentador, tornou-se um dos objetivos principais das concessionárias fornecedoras de energia elétrica. Desta maneira o presente tem como escopo elaborar um estudo comparativo técnicoeconômico entre trechos de redes de distribuição aéreas em média tensão, destacando a eficiência nos parâmetros de continuidade, assim como fornecer dados para embasamento de novas aplicações de redes convencionais e compactas protegidas. 1 INTRODUÇÃO Para manter o nível de tensão dentro de certos limites operacionais aceitáveis são necessárias medidas de controle e de acompanhamento, tanto dos órgãos de fiscalização como das concessionárias fornecedoras de energia, principalmente nos sistemas de distribuição, os quais estão constantemente sujeitos a ocasionais variações de tensão. Estas variações, mesmo dentro de limites pré-estabelecidos, podem causar operações incorretas de equipamentos elétricos. qualidade do sistema elétrico de distribuição é o objetivo principal das concessionárias no fornecimento de energia elétrica, sendo baseada nos parâmetros de conformidade, atendimento ao consumidor e continuidade. No que se refere à continuidade, os indicadores utilizados permitem o controle do fornecimento de energia elétrica, sua monitoração e a comparação de todos os valores constatados ao longo de períodos determinados. Os indicadores de continuidade denominados duração equivalente de interrupção por unidade consumidora (DEC) e freqüência equivalente de interrupção por unidade consumidora (FEC), classificam-se como coletivos e são utilizados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) para a análise das concessionárias de energia elétrica. O desempenho dos conjuntos de unidades consumidoras da COPEL é fortemente influenciado pelas condições climáticas adversas, que contribuem em muito para os resultados verificados nos indicadores DEC e FEC. O conjunto de unidades consumidoras dá-se pelo agrupamento de vários alimentadores de uma ou mais subestações, em função dos critérios estabelecidos pela ANEEL, para monitoramento dos índices de continuidade.

2 Existem várias topologias que podem ser aplicadas para o transporte de energia, tais como a rede de distribuição aérea convencional (RDA), a rede de distribuição aérea compacta protegida (RDC) e a rede de distribuição subterrânea. Apesar de possuir aplicação em algumas cidades brasileiras e ter reconhecido o seu grau de qualidade, a rede compacta protegida ainda possui o estigma de inviável, pelo fato de não existir a disponibilidade de dados atualizados que meçam comparativamente as diferenças relacionadas aos custos e dificuldades de construção e manutenção deste tipo de rede com a convencional. 2 METODOLOGIA O presente trabalho tem como escopo: (a) Levantar os índices de interrupção de energia elétrica para alimentadores urbanos, junto ao banco de dados da COPEL; (b) Levantar dados de manutenção de ambas as redes em condições similares de utilização, junto ao banco de dados da COPEL; (c) Efetuar estudo comparativo técnico-econômico entre as redes de distribuição, RDA e RDC. Observa-se a carência de estudos detalhados sobre as principais causas das interrupções no fornecimento de energia elétrica não estimula os investimentos por parte das concessionárias em novas tecnologias aplicadas às redes de distribuição em MT. Estas tecnologias poderiam ajudar a reduzir os índices de desabastecimento dos consumidores (DEC e FEC) e deste modo atender as crescentes exigências da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). 3 RESULTADOS A fiscalização das concessionárias, por parte da ANEEL, está baseada nos índices definidos como DEC e FEC, sendo que o DEC representa a capacidade do efetivo de restabelecer falhas ocorridas no sistema e o FEC, a qualidade do sistema, sua eficiência no funcionamento em regime permanente, sujeito a todas as adversidades. Desta forma, neste trabalho, torna-se prioritário o estudo focalizado no indicador FEC. Com o intuito de verificar a performance da RDA e da RDC, adotou-se como base de dados àqueles encontrados nos aplicativos ISD, SOD e ANI, utilizados diariamente pela COPEL para o acompanhamento da qualidade do seu sistema de distribuição. As concessionárias possuem outro índice denominado como taxa de falha, caracterizado pela quantidade de falhas/interrupções por quilômetro. A análise de continuidade dos alimentadores está focada nos itens abaixo, representando, segundo análise do grupo, a performance efetiva de um alimentador: Localidade: SDL Superintendência Leste; Período analisado: 2001 a 2006; aracterística do alimentador: dustrial; Não industrial; Origem da interrupção: rópria; Cascata; Área elétrica: stribuição; Média Tensão; ipo de interrupção: balroamento; Acidente de terceiros; Animais, insetos e pássaros; Árvores caídas na rede; Cascas / Galhos lançados na rede; Componente avariado / desregulado; Corrosão / Oxidação / Poluição; Descarga atmosférica A região, na qual situam-se estes alimentadores, apresenta arborização, motivo inicial da implantação da RDC em redes urbanas de distribuição. Este fator, aliado à existência dos dois tipos de rede RDA e RDC na região e a facilidade de visitação para o desenvolvimento do estudo, foram determinantes para a execução do mesmo. Isto é essencial, pois a proposta de análise baseia-se na similaridade entre os alimentadores, seja na região arborizada, seja na quantidade de consumidores e extensão dos alimentadores. Sendo assim, foram estudados para o comparativo, os alimentadores Argentina e Afonso Botelho, oriundos da subestação Batel, pois o primeiro apresenta características predominantes da RDA e o segundo apresenta característica mista, isto é, possui trechos com características da RDA e trechos com características da RDC. O número de consumidores atendidos por ambos os alimentadores são muito próximos, assim como é similar a dimensão de suas extensões. O alimentador Afonso Botelho é composto de 12,7 km de rede de distribuição convencional (RDA) e 3,1 km de rede compacta protegida (RDC), sendo esta no equivalente de 24% da sua totalidade, atendendo 4092 consumidores através de 85 transformadores abaixadores de tensão, 13,8 kv-220/127 V. Já o alimnetador Argentina é composto de 9,7 km de rede de distribuição convencional (RDA), atendendo 4785 consumidores através de 99 transformadores abaixadores de tensão, 13,8 kv-220/127 V. Analisando-se a figura 3.1, nota-se a diferença de desempenho entre os alimentadores Afonso Botelho e Argentina, através da média do período analisado compreendido entre os anos de 2001 e 2006.

3 FEC - Afonso Botelho x Argentina 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 FEC 2,50 2,00 1,50 1,00 0, Afonso Botelho 0,93 0,18 0,23 2,32 1,20 0,12 Argentina 1,08 0,67 0,18 1,53 3,50 4,67 Média Período Afonso Botelho 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 Média Período Argentina 1,94 1,94 1,94 1,94 1,94 1,94 Período Afonso Botelho Argentina Média Período Afonso Botelho Média Período Argentina Figura 3.1 Índice FEC entre os alimentadores Afonso Botelho e Argentina Fonte: COPEL, adaptado do Sistema ISD O fato de o alimentador Afonso Botelho apresentar um desempenho superior, com menos de 50% das interrupções do alimentador Argentina, atribui-se à inclusão de 3,1 km de RDC em sua extensão, diferentemente do alimentador Argentina, que possui 100% de características da RDA, estando exposto a um maior número de desligamentos oriundos de condições climáticas adversas. A COPEL apresenta o valor de suas obras através de unidades de serviço (US) que compreendem todos os custos, diretos e indiretos. Sendo assim, tomou-se como base o valor da US relativa ao ano de 2006/2007, cujo valor monetário corresponde a R$ 18,11 e trabalhou-se no sistema PU para representar todos custos de material e mão-de-obra, considerando 1 US igual a 1pu. A poda de árvores é a tarefa mais investida na manutenção de alimentadores. Desta forma verificou-se que o alimentador Afonso Botelho apresentou custo total com a poda de árvores em aproximadamente 1483 pu contra 1120 pu do alimentador Argentina ao longo do período amostrado. A existência de RDC em boa parte do alimentador não diminui a necessidade de poda, ocorrendo apenas à diminuição da área retirada. A poda representa o maior custo destinado à manutenção, uma vez que a concessionária preza pela prevenção. Fazendo uma análise na estatística de materiais para manutenção de alimentadores, observa-se que os investimentos para a RDA em manutenção corretiva são maiores do que para RDC, devido a fragilidade da RDA. O custo com materiais utilizados em manutenções corretivas e preventivas diminui consideravelmente para a RDC, uma vez que esta apresenta pouca ocorrência de falha. A figura 3.2 apresenta o custo investido em manutenção por quilômetro dos dois alimentadores, comprovando que o alimentador Afonso Botelho com 59,53 pu de média de custo investido, foi menos oneroso do que alimentador Argentina, com 86,85 pu, em aproximadamente 46%.

4 COMPARAÇÃO DE CUSTO POR QUILÔMETRO DA MANUTENÇÃO ENTRE ALIMENTADORES ,48 VALOR TOTAL (pu) ,29 95,37 41,42 66,13 53,71 79,70 67, AFONSO BOTELHO - MATERIAIS 11,12 33,64 1,34 24,01 AFONSO BOTELHO - TAREFAS 52,16 7,78 52,37 55,69 AFONSO BOTELHO - TOTAL 63,29 41,42 53,71 79,70 ARGENTINA - MATERIAIS 19,82 13,67 57,18 43,86 ARGENTINA - TAREFAS 75,55 52,46 61,30 23,55 ARGENTINA - TOTAL 95,37 66,13 118,48 67,41 PERÍODO Figura 3.2 Comparação do custo por quilômetro para manutenção Fonte: COPEL, adaptado do Sistema GDMAN Dados pertencentes ao período compreendido entre os anos de 2001 e 2006, retirados do banco de dados da COPEL através do sistema ISD, mostram que o desempenho da RDC, instalada em parte do alimentador Prado, é sensivelmente superior ao restante do circuito, que apresenta características da RDA. Esta comparação foi feita em termos do índice FEC e está representada na figura 3.3. Comparação do Índice FEC - Alimentador Prado 9,00 8,00 7,00 6,00 FEC 5,00 4,00 3,00 2,00 1, FEC Meta ANEEL - Conjunto 8,00 8,00 7,00 6,00 6,00 6,00 FEC Conjunto 4,29 4,85 5,96 3,49 4,08 5,81 FEC Alimentador 3,87 1,00 0,52 1,79 2,04 1,15 FEC Trecho Compacto 0,13 0,014 0,017 0,14 0,43 0,08 FEC Trecho Convencional 3,74 0,99 0,50 1,65 1,61 1,07 Período Figura 3.3 Comparação entre os trechos do alimentador Prado Fonte: COPEL, adaptado do Sistema ISD

5 A superioridade das linhas expressas, quanto aos índices de continuidade, fica ainda mais evidente quando comparada por quilômetro. A figura 3.4 apresenta a grande diferença na performance das linhas expressas quando comparados à qualquer outra configuração, convencional ou mista. FEC / km - Comparação entre Alimentadores 0,2500 0,2000 FEC/km 0,1500 0,1000 0, Estação Show - 3,7km Shopping Curitiba - 1,4km Cristal Plaza - 2,48km Argentina - 9,13km Alimentadores 0,0495 0,0307 0,1774 0,2125 0,1123 0,0722 Alimentadores Prado - 15,4km Afonso Botelho - 11,5km Figura 3.4 Comparação entre alimentadores RDA e RDC: período 2001 a 2006 Fonte: COPEL, adaptado do Sistema ISD À medida que aumenta a seção nominal do cabo utilizado assim como seu tipo, nu ou protegido, o custo total das tarefas eleva-se. Através da figura 3.5 é possível visualizar esta variação. VARIAÇÃO DO CUSTO FINAL ,81 VALOR TOTAL (pu) , , ,63 CABO NU 35mm2 CABO PROT. 35mm2 CABO NU 185mm2 CABO PROT. 185mm2 CUSTO FINAL 1290, , , ,81 Figura 3.5 Variação do custo final para as configurações de RDA e RDC Fonte: COPEL, adaptado do Sistema GD-OBRAS

6 Considerando que alimentadores urbanos, são constituídos por cabos de seção 35mm2 e 185mm2 ao longo de sua extensão, pode-se apresentar para a implantação da RDA e também para a implantação da RDC os valores de custo em pu/km. A tabela 3.1 apresenta estes valores. Tabela 3.1 Custo em pu / quilômetro para as configurações de RDA e RDC Fonte: COPEL, adaptado do Sistema GD-OBRAS Config. Cabo utiliz. Custo (pu/km) Config. Cabo utiliz. Custo (pu/km) RDA nu 35 mm ,48 RDC protegido 35 mm ,86 RDA nu 185 mm ,93 RDC protegido 185 mm ,69 4 CONCLUSÕES A ociedade representada pelas autoridades passou a exigir, além de aprimoramento tecnológico constante, cuidados com o meio ambiente e maiores índices de qualidade em produtos e serviços, tudo isto aliado ao menor custo possível. A idéia de se fazer um estudo comparativo técnico-econômico entre redes de distribuição convencional e compacta protegida, vem ao encontro destas necessidades. Outro ponto que se pode destacar é a preservação da imagem da concessionária. Fica evidente que através dos índices de FEC a qualidade do atendimento aos consumidores em um alimentador composto por RDC é superior quando comparado aos índices encontrados em alimentadores que utilizam a RDA. Quanto à manutenção, pode-se constatar que o ganho é bastante significativo através da comparação do custo total de manutenção por quilômetro entre os alimentadores Afonso Botelho e Argentina. No primeiro alimentador, cuja parte de sua extensão é composta por RDC, verifica-se para este um custo de manutenção aproximadamente 46% menor que o custo do segundo alimentador, cuja extensão possui 100% de características da rede RDA. Verifica-se também que o custo total da obra eleva-se em função do aumento da seção do cabo utilizado, dependendo diretamente também do seu tipo, nu ou protegido. Ainda, pode-se constatar que realmente o valor dos materiais reflete cerca de 80% do valor total de implantação da rede de distribuição e que isto independe de sua topologia, isto é, a rede de distribuição pode ser RDA ou RDC, mas o determinante de seu custo final será o valor atribuído aos materiais. No período compreendido entre os anos de 2001 e 2006, o custo para implantação de uma RDC tem decrescido através da redução no custo dos cabos protegidos e o aumento da experiência de pessoas em sua implantação. Isto é crucial para que a RDC perca o estigma de inviável. Através da média de custos despendidos em manutenção no período de 2003 a 2006, verifica-se que para a RDA e a rede mista, constituída por RDA e RDC, foram gastos anualmente cerca de 86,85 pu/km e 59,53 pu/km, respectivamente. Deixa-se como sugestão para a futura continuidade deste trabalho uma análise econômica envolvendo fatores como: os custos em pu/km encontrados para implantação e manutenção, a depreciação da rede e a energia não vendida durante o desligamento. 5 REFERÊNCIAS Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução n 24, de 27 de janeiro de Disponível em: < Acesso em Atividades de construção de redes. Manual de Instruções Técnicas da COPEL (MIT). Versão 00. [SL], novembro de Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE), Portaria n 163/93, Disponível em: < Acesso em Diário Oficial da União (DOU). Presidência da República. Imprensa Nacional. 25 de janeiro de Disponível em: < Acesso em

7 DIAS, Evaldo Baldin. Avaliação de indicadores de continuidade e seu impacto no planejamento de sistemas de distribuição. 159f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade de São Paulo, São Paulo, História da COPEL. Companhia Paranaense De Energia (COPEL). Disponível em: < Acesso em LINERO, Luiz Eduardo, et alli. Fatores de influência na compatibilidade de cabos protegidos, isoladores e acessórios utilizados em redes aéreas compactas de distribuição de energia elétrica, sob condições de multiestressamento. Curitiba: [s.n.], MOURA, Ronald Rolim de. Avaliação da utilização de indicadores de desempenho como suporte ao gerenciamento estratégico de uma empresa: um estudo de caso em uma empresa distribuidora de energia elétrica. 155f. Dissertação (Mestrado em Administração) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, OLESKOVICZ, Mário. Qualidade da energia - fundamentos básicos. São Paulo: Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, f. Apostila. Planejamento, programa anual, supervisão e controle da manutenção. Manual de Instruções Técnicas da COPEL (MIT). Versão 01. [SL], abril de Presidência da República. Casa Civil. Subchefia para Assuntos Jurídicos, Lei Federal n 8.078, de 11 de setembro de Disponível em: < Acesso em Procedimentos de manutenção em rede compacta. Manual de Instruções Técnicas da COPEL (MIT). Versão 00. [SL], fevereiro de Procedimentos de Poda de Árvores. Manual de Instruções Técnicas da COPEL (MIT). Versão 00. [SL], julho de SARDETO, Edson. Avaliação técnica, econômica e de impacto ambiental da implantação das redes compactas protegidas em Maringá. 85f. Monografia (Pós-Graduação em Gestão Técnica de Concessionárias de Energia Elétrica) Departamento de Hidráulica e saneamento. Setor de Tecnologia. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, TANURE, J. E. P. S. e de Carvalho, E.B. Regulação por comparação de desempenho para o estabelecimento de metas de continuidade de fornecimento. Anais do XIV seminário nacional de distribuição de energia elétrica. Foz do Iguaçu, Terminologia do sistema elétrico de distribuição. Manual de Instruções Técnicas da COPEL (MIT). [SL], dezembro de THEOTÔNIO, Rodrigo da Cunha Rocha. Princípios de Análise da Reforma do Setor Elétrico: Um Estudo Comparativo. Florianópolis, VELASCO, Giuliana Del Nero. Arborização viária x sistemas de distribuição de energia elétrica: avaliação dos custos, estudo das podas e levantamento de problemas fitotécnicos f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) - Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, São Paulo, 2003.