Bernardo Jacques Delgado Costa João Paulo de Sousa Rocha Luis Antonio Felber

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1 XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil Bernardo Jacques Delgado Costa João Paulo de Sousa Rocha Luis Antonio Felber LUPA TECNOLOGIA E SISTEMAS LTDA. LUPA TECNOLOGIA E SISTEMAS LTDA. Companhia Energética de Minas Gerais bernardo.jacques@lupatecnologia.com.br jpaulo@lupatecnologia.com.br felber@cemig.com.br Frederico Ribeiro Ramos Marcus Nascimento Fartes Flávio Flores Villaça LUPA TECNOLOGIA E SISTEMAS LTDA. LUPA TECNOLOGIA E SISTEMAS LTDA. LUPA TECNOLOGIA E SISTEMAS LTDA. fred@lupatecnologia.com.br marcus@lupatecnologia.com.br flavio.villaca@lupatecnologia.com.br Telecontrole da Rede de Distribuição Utilizando Tecnologia Móvel 2G/3G - Resultados na CEMIG Palavras-chave Automação da Distribuição Supervisão e Controle Tecnologia Móvel Telecontrole Resumo Este artigo apresenta o sistema de telecontrole adotado pela CEMIG, em parceria com a empresa Lupa Tecnologia, para supervisão e controle da sua rede de distribuição de energia elétrica, utilizando a tecnologia de telefonia móvel 2G/3G. São apresentadas as experiências vivenciadas ao longo dos 6 anos de funcionamento e também os resultados obtidos pelo sistema, composto por mais de pontos cadastrados em todo o território do estado de Minas Gerais. 1. Introdução A automação do sistema de distribuição de energia elétrica é de suma importância nos dias atuais para garantir a qualidade e a continuidade do serviço prestado pela concessionária responsável. 1/11

2 Visando avaliar as interrupções nesse serviço, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) instituiu alguns indicadores de continuidade, apurados para interrupções superiores a 3 minutos, sobre os quais são anualmente estipuladas metas que devem ser cumpridas pelas concessionárias (ANEEL,2016a). Os principais indicadores são: Duração equivalente de interrupção por unidade consumidora (DEC): Apresenta o intervalo de tempo médio em que cada unidade consumidora ficou privada do fornecimento de energia, dentro de um período de apuração. Frequência equivalente de interrupção por unidade consumidora (FEC): Apresenta o número médio de interrupções do fornecimento de energia que cada unidade consumidora sofreu, dentro de um período de apuração. Duração de interrupção individual por unidade consumidora (DIC): Apresenta o intervalo de tempo em que cada consumidor, individualmente, foi privado do fornecimento de energia, dentro de um período de apuração. Frequência de interrupção individual por unidade consumidora (FIC): Apresenta o número de interrupções do fornecimento de energia que cada consumidor, individualmente, sofreu dentro de um período de apuração. Nesse contexto, a Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), com o objetivo de cumprir com as metas estabelecidas pela ANEEL e diminuir o Tempo Médio de Atendimento (TMA) às ocorrências emergenciais, iniciou no ano de 2010, em parceria com a empresa Lupa Tecnologia, a implantação da funcionalidade de telecontrole baseada na tecnologia de telefonia móvel, permitindo assim o monitoramento e controle remoto dos dispositivos da sua rede de distribuição de energia elétrica, instalados por todo o estado de Minas Gerais. Este artigo apresenta a solução de telecontrole utilizada pela CEMIG Distribuição (CEMIG-D), controlada da CEMIG responsável pelo sistema de distribuição, e os resultados obtidos até o momento, contando com mais de pontos cadastrados. 2. Desenvolvimento 2.1. Sistema de Telecontrole Um sistema de telemetria pode ser definido como um sistema responsável por coletar dados, remotamente, de dispositivos que se encontram em locais de difícil acesso e enviá-los para o local onde serão analisados (CARDEN; JEDLICKA; HENRY, 2002). Em alguns casos o sistema de telemetria pode ser usado, além da monitoração dos dados, para controle dos dispositivos remotos, podendo assim ser denominado sistema de telecontrole (MATOS, 2006). Um sistema de telecontrole típico é formado basicamente pelo dispositivo remoto o qual se deseja monitorar/controlar, pelo canal de comunicação responsável por prover a ligação com o equipamento remoto e pelo servidor de supervisão e controle que realiza a aquisição e processamento dos dados do sistema. Nesse cenário, a rede de telefonia celular 2G/3G se destaca como uma interessante possibilidade de utilização como meio de comunicação dos sistemas de telecontrole para utilities (distribuição de energia, gás e abastecimento de água) visto que esta aplicação não demanda grandes volumes de tráfego nem alta taxa de velocidade, sendo importante somente a disponibilidade e a efetividade da conexão. A infra-estrutura fornecida pelas operadoras de telefonia móvel está em constante ampliação no Brasil, haja vista a disseminação da tecnologia 3G e a entrada em operação da tecnologia 4G, com o aumento constante de usuários do serviço, que fechou o mês de março desse ano com 257,81 milhões de linhas ativas (ANATEL, 2016). Além disso, o 2/11

3 custo de utilização dessa tecnologia é o mais baixo se comparado às demais tecnologias disponíveis para esse tipo de aplicação Plataforma Horus Server Como parte dos investimentos realizados pela CEMIG para automatizar a sua rede de distribuição de energia elétrica, foi lançada, no ano de 2010, uma licitação para aquisição de uma plataforma de comunicação baseada na tecnologia de telefonia móvel, voltada para o telecontrole da distribuição. Após vencer a licitação, a empresa Lupa Tecnologia apresentou à CEMIG a plataforma de comunicação Horus Server, ilustrada na Figura 1 (LUPA TECNOLOGIA, 2014). Figura 1 - Arquitetura geral da plataforma Horus Server. Conforme pode ser observado, o sistema é composto por modems 2G/3G, ilustrado na Figura 2, conectados aos equipamentos da rede de distribuição via cabo serial. Os modems por sua vez estão conectados aos servidores de comunicação, localizados no datacenter da Lupa, através da rede de telefonia móvel. Os servidores de comunicação são responsáveis por intermediar a comunicação dos modems com o Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (Supervisory Control and Data Acquisition SCADA) da CEMIG. A comunicação dos servidores com o software SCADA é possível através dos links de internet disponíveis. 3/11

4 Figura 2 - Modem 2G/3G Horus. São disponibilizadas à CEMIG quatro operadoras de telefonia móvel, permitindo a flexibilidade para utilização daquela que apresentar melhor eficiência na região onde o modem será instalado. Além disso, a conexão dos modems é realizada através de Access Point Name (APN) privada, possível através de Virtual Private Network (VPN) estabelecida de cada operadora para os servidores centrais. Todo o sistema é gerenciável através do WebHorus, apresentado na Figura 3, uma interface web que fornece, dentre outras funcionalidades, informações em tempo real de todas as conexões e relatórios de disponibilidade do sistema. Figura 3 - Tela principal do WebHorus. Os modems estabelecem duas conexões socket simultâneas ao servidor de comunicação, que devem permanecer sempre ativas. A primeira conexão é destinada ao tráfego das mensagens entre o software SCADA e o equipamento da 4/11

5 rede de distribuição, que são roteadas pelo modem através da serial 1. A segunda conexão se destina à comunicação entre o modem e o servidor principal, utilizada para coleta de dados de operação e envio de comandos através da interface web. A plataforma possibilita ainda que o operador acesse, utilizando o software fornecido pelo fabricante, as configurações do equipamento instalado na rede, podendo assim ler e/ou alterar os parâmetros do dispositivo remotamente. Isso é possível através da ativação de uma terceira conexão socket, simultânea às duas anteriores. Essa conexão pode ser ativada através da interface web e é destinada ao tráfego das mensagens entre o software de configuração e o equipamento, que são roteadas pelo modem através da serial 2. O modem Horus é programado para permanecer ativo o tempo todo. Com isso ele é responsável por gerenciar todas as redundâncias disponíveis para promover a conexão em caso de dificuldades, como troca do servidor de destino em caso de falha do servidor principal, por exemplo. Além disso, o modem também responde a comandos por SMS Desafios e Dificuldades Durante o tempo em que o sistema está em funcionamento, algumas dificuldades de comunicação utilizando a tecnologia de telefonia móvel foram vivenciadas. Dentre elas, pode-se destacar: a) Interrupção na comunicação decorrente de um desligamento na rede de energia elétrica Devido à interrupção do fornecimento de energia, algumas torres de telefonia celular desprovidas de banco de bateria ou com esse recurso avariado, ficam sem alimentação, causando a interrupção do serviço na região. b) Locais com infra-estrutura limitada Existem locais em que a rede de comunicação móvel está carente de investimento para ampliação da capacidade, ocasionando quedas constantes do serviço de telefonia móvel devido à sobrecarga. c) Áreas de sombra Existem locais onde o serviço de telefonia móvel não possui cobertura, impossibilitando a comunicação. Com base nas experiências enfrentadas e visando melhorar o desempenho do sistema, a Lupa desenvolveu algumas ferramentas de apoio. Para auxiliar na instalação do modem, foi desenvolvido um analisador de qualidade do sinal, o AQS, ilustrado na Figura 4, que permite à equipe de campo analisar a disponibilidade do serviço 2G e 3G no ponto que se deseja telecontrolar, apresentado as operadoras disponíveis e classificando-as quanto à intensidade de sinal e número de células, além de apresentar outras informações relevantes. 5/11

6 Figura 4 - Analisador de Qualidade de Sinal. Com o objetivo de facilitar a análise de possíveis áreas de sombra e também contribuir para a verificação de operadoras disponíveis nos pontos telecontrolados, foram mapeados no software Google Earth todos os equipamentos telecontrolados e todas as torres de telefonia das operadoras utilizadas disponíveis no estado de Minas Gerais, conforme apresentado na Figura 5. Essa ferramenta permite avaliar e decidir quanto à substituição de uma operadora com deficiência na comunicação. Figura 5 - Mapeamento no Google Earth. 6/11

7 2.4. Resultados A seguir serão apresentados os resultados obtidos com a plataforma Horus Server na CEMIG. Devido ao não fechamento de todos os dados referentes ao ano de 2015, alguns resultados estarão limitados ao ano de O gráfico da Figura 6 apresenta a evolução do número de equipamentos telecontrolados, distribuídos entre as sete regionais da concessionária, que dividem o estado de Minas Gerais: Centro, Leste, Oeste, Norte, Sul, Mantiqueira e Triângulo, desde o ano de 2008 (ARAUJO, 2015). Figura 6 - Evolução do número de equipamentos telecontrolados. É possível observar que até o ano de 2012, anos iniciais do projeto, eram equipamentos telecontrolados no total. Nos dois anos seguintes, esse número praticamente dobrou, sendo equipamentos telecontrolados em Como conseqüência dessa evolução, o tempo médio de atendimento às ocorrências em 2014 foi de 4,84 horas, 25% a menos do que em 2008 (ARAUJO, 2015). Além disso, com um total de comandos efetivos de em 2015, conforme apresentado no gráfico da Figura 7, foi possível uma redução de custo de aproximadamente R$18 milhões em viagens com eletricistas a campo (CEMIG, 2016). 7/11

8 Figura 7 - Total acumulado de comandos efetivos. A taxa de efetividade do sistema foi de 91,9% no ano de 2015 para os equipamentos disponíveis, conforme apresentado no gráfico da Figura 8 (CEMIG, 2016). Figura 8 - Indicador de efetividade do sistema em O percentual de horas de disponibilidade de automação de rede, dado pelo indicador PHRD da CEMIG, foi de 94,51% em No gráfico da Figura 9 é possível observar o PHRD mensal de Já o gráfico da Figura 10 apresenta o mesmo indicador por regional CEMIG. (CEMIG, 2016). 8/11

9 Figura 9 - Índice de disponibilidade mensal do sistema Horus Server em Figura 10 - Índice de disponibilidade do sistema Horus Server por regional em Em decorrência de todos esses resultados, a plataforma Horus Server foi uma das responsáveis pela redução dos indicadores de DEC e FEC, que em 2014 chegaram ao menor valor obtido pela CEMIG em relação aos anos anteriores e em 2015 permaneceu abaixo da meta estipulada pela ANEEL, conforme pode ser visto nos gráficos da Figura 11 e Figura 12 (ANEEL, 2016b). 9/11

10 Figura 11 - Histórico do DEC CEMIG. Figura 12 - Histórico do FEC CEMIG. 3. Conclusões Este artigo apresentou o sistema de telecontrole da rede de distribuição de energia elétrica da CEMIG, elaborado em 10/11

11 parceria com a empresa Lupa Tecnologia, e as experiências vivenciadas ao longo dos anos de funcionamento. Os resultados apresentados mostram que o sistema de telecontrole baseado na tecnologia de telefonia móvel têm se mostrado eficiente para os objetivos propostos. Com uma taxa de efetividade de 91,9% para uma disponibilidade de 94,51% e um baixo custo se comparado às demais tecnologias disponíveis, o sistema permite agilizar o processo de identificação e isolamento de trechos da rede sob falha, impactando diretamente nos índices de desempenho da ANEEL e com consequente redução de custo para a concessionária, sendo assim uma alternativa atrativa para aplicações desse tipo. 4. Referências bibliográficas ANEEL. Qualidade do Serviço Disponível em: < Acesso em: 10 mai ANEEL. Indicadores Coletivos de Continuidade (DEC e FEC) Disponível em: < Acesso em: 17 mai CARDEN, F.; JEDLICKA, R.; HENRY, R. Telemetry Systems Engineering. Artech House, Norwood, MA, USA, MATOS, R. de. Plataforma de Telecontrole sem Fio. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia de Computação. São José: Univali, 2006 ANATEL. Telefonia Móvel Disponível em: < 01/1113-brasil-fecha-marco-de-2016-com milhoes-de-acessos-moveis-2>. Acesso em: 10 mai LUPA TECNOLOGIA. Arquitetura Geral da Plataforma Horus Server CEMIG ARAUJO, D. G. Apresentação CEMIG D. XX Encontro Anual CEMIG-APIMEC, CEMIG. Índices de efetividade e disponibilidade da comunicação 2G/3G em /11