Metodologia para Definição do Traçado Básico de Redes de Média e Baixa Tensão. Blunio Elias da Silva CEMIG Distribuição S.A

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1 21 a 25 de Agosto de 2006 Belo Horizonte - MG Metodologia para Definição do Traçado Básico de Redes de Média e Baixa Tensão Blunio Elias da Silva CEMIG Distribuição S.A belias@cemig.com.br RESUMO Este trabalho tem por objetivo apresentar o sistema computacional denominado Mercado desenvolvido para otimização do traçado de novas redes rurais de MT (Média Tensão) e BT (Baixa Tensão) bem como para detalhar os quantitativos físicos e financeiros previstos para estas redes. Com a utilização deste sistema, a CEMIG pôde: - identificar, com detalhes, a real dimensão do programa Luz para Todos dentro de sua área de concessão; - planejar com precisão cada etapa do programa; - prestar informações técnicas aos órgãos fiscalizadores nacionais e estaduais com agilidade; - fornecer os insumos necessários às empresas integradoras, responsáveis pela execução física do programa. Esta metodologia pode ser aplicada a programas de eletrificação de pequeno, médio ou grande porte, por qualquer concessionária de energia elétrica. Os insumos necessários são as coordenadas geográficas dos pontos de carga a serem atendidos e da rede elétrica existente. PALAVRAS-CHAVE Eletrificação Rural, Traçado Básico, Otimização, Luz para Todos. 1. INTRODUÇÃO O programa Luz para Todos, coordenado pelo Ministério de Minas e Energia com participação da Eletrobrás e de suas empresas controladas, e em parceria com as concessionárias de distribuição de energia elétrica e governos estaduais, foi implantado em 2004 e tem por objetivo levar energia elétrica para 10 milhões de pessoas do meio rural, em todo o Brasil, até O programa está orçado em R$ 9,5 bilhões. Na CEMIG, a meta é ligar cerca de 176 mil novos consumidores rurais, nos municípios atendidos pela Empresa, no triênio 2004/2006. Para agilizar a execução do projeto, na área de concessão da empresa, que representa mais de 96% do estado de Minas Gerais, iniciou-se este projeto pelo levantamento georeferenciado do mercado potencial de consumidores a serem atendidos. A partir deste ponto, a CEMIG deparou-se com os seguintes questionamentos: - Como otimizar o traçado das novas redes, de forma a minimizar o custo do programa? 1/12

2 - Qual é o custo real do programa dentro da área de concessão da empresa? - Qual é a distância média e o custo médio por cliente em cada região e em cada município? - Qual é o volume de material e de mão-de-obra necessários? - Como otimizar a logística para execução do programa? Encontrar respostas para estas perguntas mostrou-se uma tarefa árdua, tendo em vista a diversidade geográfica da área de concessão da empresa e a ausência de uma metodologia que fornecesse estas informações de forma padronizada e detalhada. Como alternativa para solução deste problema foi desenvolvido o sistema Mercado que, baseado nas coordenadas geográficas dos novos clientes e no cadastro da rede de MT (Média Tensão) já disponível no sistema corporativo Gemini, possibilitou à empresa responder, com a necessária precisão, a estas e a outras perguntas relativas à execução do programa Luz para Todos. As principais vantagens do sistema Mercado são: - otimização do traçado das redes, proporcionando redução de custos e de tempo de projeto e de construção; - detalhamento físico e financeiro do projeto, com a emissão de relatórios com a quantidade de km de rede de MT e de BT (Baixa Tensão), transformadores, derivações, padrões de entrada e ramais de ligação com os respectivos custos por cliente; - definição dos clientes a serem atendidos por transformadores exclusivos ou através de redes de BT considerando critérios técnicos e econômicos; - localização otimizada de transformadores para grupos de clientes atendidos em BT; - criação de um mapa eletrônico interativo e detalhado de fácil publicação utilizando o software GeoMedia Viewer; - padronização do processo em toda a CEMIG. A seguir serão apresentadas os métodos de definição de traçados de redes até então utilizados na CEMIG e as principais características do sistema Mercado com detalhamento dos critérios e a metodologia utilizados. 2. METODOS ANTERIORES Vários métodos têm sido utilizados pela CEMIG para definição de traçados de redes de média e baixa tensão, sendo todos eles basicamente manuais, mesmo quando utilizam algum software de apoio. A seguir são apresentados os métodos mais utilizados: 2.1. Definição no campo Para a maior parte dos projetos de pequeno e médio porte, os traçados são definidos no campo, durante o levantamento topográfico. O topógrafo baseia-se principalmente na relação de clientes a serem atendidos. Ao chegar no local, o topógrafo visita os clientes para confirmar sua localização, procura pela rede elétrica mais próxima e inicia o levantamento partindo da rede existente, em direção aos clientes mais próximos. Este é o método mais simples e direto, porém o mesmo não garante que a rede a ser construída terá seu traçado otimizado. A visão que se tem da área a ser atendida é limitada Definição em planta Para projetos que envolvam um número maior de clientes e maiores extensões de rede, usualmente é feita uma previsão do traçado utilizando-se uma planta contendo a rede elétrica existente e uma localização aproximada dos novos clientes. A definição do traçado é feita visualmente, a partir de pontos da rede elétrica existente que se supõe mais próximo dos clientes. Neste caso, a visão que se 2/12

3 tem é melhor que no método definição no campo, mas a capacidade de otimização dos traçados fica prejudicada pela limitação humana de analisar uma grande quantidade de possíveis traçados e escolher o mais adequado Utilização de software de apoio Um método mais sofisticado para previsão de novas redes é obtido com a utilização de softwares de apoio. No caso da CEMIG, uma função já disponível no Gemini apresenta o traçado da rede existente e a localização dos novos clientes, bem como mapas de fundo com fotos ou outro tipo de mapa digital. Esta função permite o cadastramento dos traçados previstos para novas redes. O operador deve definir uma área de projeto contendo um número limitado de clientes e iniciar a projeção de forma visual, clicando sobre um ponto da rede existente para definir a derivação e em seguida nos pontos correspondentes ao traçado da rede até alcançar cada um dos clientes do projeto. Este método não se mostra adequado quando se tem uma grande quantidade de clientes a ser atendida por ser relativamente demorado. Apesar de ser possível prever desvios motivados por obstáculos naturais como rios, matas, reservas ambientais, etc, visualizados através dos mapas de fundo, este método não garante a otimização do traçado das novas redes. 3. CRITÉRIOS UTILIZADOS PELO PROGRAMA MERCADO Para definição do traçado básico otimizado das redes a serem construídas, o programa Mercado utiliza os seguintes critérios: - menor distância linear entre a rede existente e os novos clientes (pontos de carga); - aplicação, para o cálculo do custo das redes, de um adicional de 10% sobre a distância calculada tendo em vista a necessidade de desvios motivados por acidentes geográficos como rios, matas, reservas, benfeitorias, etc; - utilização de transformadores monofásicos de 5, 10, 15 ou 37,5 kva; - não utilizar os postes com transformadores para projetar novas derivações de MT. Normalmente estes transformadores estão localizados nas extremidades das redes de MT; - utilização preferencial de redes de MT monofásicas com cabo CAA 21mm2 para alimentação dos novos transformadores; - ligação dos novos clientes através de redes de BT com cabos multiplexados com duas fases e neutro, nas bitolas de 35 ou 70 mm2, a partir de transformadores existentes ou projetados, quando esta alternativa se apresentar técnica e economicamente mais vantajosa, conforme instrução EN/PE_3016b - Compartilhamento de de Distribuição Rural. Para definição da potência dos novos transformadores, foram utilizados os seguintes valores de demanda por cliente: - 1,25 ou 2,5 kva, de acordo com a área geográfica conforme tabela 1 para clientes classificados como PPR (Pequeno Produtor Rural); - 5 kva para os demais clientes, exceto quando houve, no levantamento realizado, informação de necessidade de um valor de ptência maior. 3/12

4 Tabela 1 Demanda por cliente do tipo PPR por região Regional Demanda por cliente (kva) Norte 1,25 Leste 1,25 Triangulo 2,5 Oeste 2,5 Centro 2,5 Sul 2,5 Mantiqueira 2,5 Tabela 2 Número máximo de clientes do tipo PPR por potência de transformador Regional Numero máximo de clientes por transformador 5 kva 10 kva 15 kva 37,5kVA Norte Leste Triangulo Oeste Centro Sul Mantiqueira CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA O sistema desenvolvido é composto por: - um programa executável também chamado Mercado, desenvolvido na linguagem Clipper, versão 5.01, que tem como função principal executar o cálculo dos traçados otimizados das novas redes e do orçamento físico e financeiro; - um mapa digital interativo desenvolvido na plataforma GeoMedia que utiliza os dados processados pelo programa Mercado Obtenção de dados Inicialmente é feita a importação para as tabelas do programa Mercado dos seguintes dados do Gemini (software de georreferenciamento e controle do sistema elétrico de distribuição da CEMIG): - coordenadas iniciais e finais dos trechos de MT. Estes trechos podem ter um comprimento de 1 metro a vários kilometros; - pontos de transformadores; - dados dos clientes potenciais Execução do programa Mercado cálculo físico Após importação dos dados, são efetuados os cálculos através da execução do programa Mercado. Um resumo da seqüência interna de procedimentos do programa é apresentado abaixo: a) localiza clientes que podem ser atendidos por transformadores existentes através de rede de BT observados os critérios técnicos e econômicos estabelecidos conforme figura 1; 4/12

5 Legenda existentes Figura 1 Identificação de cliente a ser atendido em BT por transformador existente b) havendo clientes nessa condição, calcula a rede de BT necessária para atendimento aos mesmos e os marca como ligados na tabela de clientes, conforme figura 2; Rede Elétrica existente Legenda existentes Rede Projetada BT Figura 2 Ligação de cliente com rede de BT a partir de transformador existente c) registra estes trechos de rede de BT projetada, caso existam, na tabela rede projetada ; d) repete os passos a a c até ligar todos os clientes que podem ser atendidos por transformadores existentes através de rede de BT; 5/12

6 e) subdivide os trechos de MT de forma a obter uma tabela de trechos com vãos de no máximo 50 metros. Este procedimento é importante para que o programa tenha pontos de referência intermediários ao longo dos trechos da MT para projetar as derivações de novos trechos; Legenda existentes Subdivisão da MT Rede Projetada BT Figura 3 Subdivisão dos trechos da rede existente f) calcula o ponto da rede existente mais próximo a cada um dos novos clientes ainda não ligados ; 200 metros 100 metros 210 metros Legenda 80 metros 105 metros existentes Subdivisão da MT Distancia calculada Rede Projetada BT Figura 4 Cálculo da distância dos clientes à rede existente g) verifica qual é o cliente não ligado, com menor distância calculada; h) se o cliente não for do tipo PPR ou se não houver mais clientes deste tipo próximos a ele: marca o cliente como ligado ; 6/12

7 projeta um trecho de MT até no ponto do cliente; projeta um transformador neste ponto. A potência deste transformador é definida de acordo com a demanda do cliente; registra os dados projetados na tabela de rede projetada ; 200 metros 100 metros 210 metros 80 metros 105 metros Legenda Subdivisão da MT Distancia calculada Rede Projetada MT Rede Projetada BT Figura 5 Ligação do cliente mais próximo à rede existente i) se este cliente for do tipo PPR (Pequeno Produtor Rural) e houver mais clientes do mesmo tipo num raio de 150 metros do mesmo, o programa Mercado: calcula a coordenada central deste grupo de clientes; projeta um trecho de MT até no ponto da coordenada central; projeta um transformador neste ponto. A potência deste transformador é definida de acordo com o somatório das demandas dos clientes selecionados; calcula a rede de BT para atendimento ao grupo de clientes, a partir do novo transformador projetado. A figura 7, em seu canto superior direito, mostra esta situação; marca os clientes deste grupo como ligados ; registra os dados da rede projetada na tabela de rede projetada ; j) subdivide o novo trecho de MT projetado de forma a obter uma nova tabela de trechos cujos vãos tenham no máximo 50 metros; k) verifica se os clientes ainda não ligados estão mais próximo de algum dos pontos deste novo trecho de MT projetado do que do ponto de derivação calculado no item f. Em caso afirmativo, o novo ponto de derivação deste cliente passa a ser o ponto do ultimo trecho de MT projetado, conforme figura 6; l) repete todos os passos a partir do item g, até terminar o cálculo de todos os clientes do banco de dados. 7/12

8 120 metros 125 metros 95 metros 90 metros Legenda Subdivisão da MT Distancia calculada Rede Projetada MT Rede Projetada BT Figura 6 Novo cálculo da distancia dos clientes ainda não ligados A B C D E F Legenda Rede Projetada MT Rede Projetada BT Figura 7 Resultado final após projetar ligação de todos os clientes Durante a projeção das ligações de cada cliente, o programa Mercado preenche uma tabela com os dados físicos referentes a cada um dos clientes ligados. Um modelo simplificado desta tabela pode ser encontrado na Tabela 3. Quando ocorre de um grupo de clientes ser atendido por um transformador projetado no centro de carga do grupo, como é o caso dos clientes C e D da Figura 7, os dados físicos da MT e do transformador são associados a um dos clientes do grupo. 8/12

9 Cliente Km de MT Km de BT Quantidade de derivações Potência do transformador (kva) Quantidade ramais de ligação Quantidade de padrões de entrada por tipo Monof. Bifásico A 0, B 0, C 0,085 0, D 0, E 0, F 0, TOTAL 0,350 0, Tabela 3 Quantitativo físico do projeto tabela resumida 4.3. Execução do programa Mercado cálculo financeiro Terminado o cálculo dos dados físicos, é feito o calculo financeiro detalhado para cada cliente, de acordo o documento ED Tabela de Orçamento. O orçamento é detalhado por: - km de MT; - km de BT; - derivação; - transformador; - ramal de ligação; - padrão de entrada. Nesta etapa é levantada toda a lista de material estimada para cada cliente atendido. A tabela 4 apresenta um modelo do detalhamento financeiro do exemplo da Figura 7. Os valores utilizados na montagem desta tabela são fictícios e foram apresentados apenas com finalidade didática. Cliente Custo da MT Custo da BT Custo das derivações Custo dos transformadores Custo dos ramais de ligação Custo dos padrões de entrada por tipo Monof. Bifásico Custo por cliente A B C D E F TOTAL Tabela 4 Quantitativo financeiro do projeto (Valores fictícios em Reais) 4.4. Mapa interativo no GeoMedia Após execução dos cálculos físicos e financeiros pelo programa Mercado, os dados são convertidos para o formato Microsoft Access por ser esta uma das plataformas de trabalho do GeoMedia. Neste ponto são importados também os dados de divisas de municípios, divisas de lotes do programa Luz para Todos, hidrografia e rodovias disponíveis no sistema GeoCemig. 9/12

10 Utilizando a versão padrão do GeoMedia é criada uma área de trabalho (GeoWorkspace), com os seguintes temas: - clientes; - rede existente; - rede projetada; - divisas de Municípios; - divisas de lotes; - ano de universalização dos municípios; - hidrografia; - rodovias. Figura 8 Uma das janelas do mapa interativo no GeoMedia A figura 8 mostra uma das janelas deste mapa com detalhe dos trechos projetados (linhas em azul), dos trechos existentes (em cinza) e dos novos clientes (pontos pretos). Ao clicar nos elementos do mapa são abertas janelas com as informações correspondentes. No exemplo, temos uma janela com informações sobre um cliente específico. Através deste mapa interativo é possível fazer, com facilidade, diversas consultas aos dados cadastrados. Para licitação do programa Luz para Todos, a área de concessão da CEMIG foi dividida em quatro lotes. Com as informações geradas pelo sistema Mercado foi possível criar um CD com o mapa referente a cada um dos quatro lotes do programa. Neste CD foram inseridos, também, os arquivos necessários para a instalação da versão Viewer do GeoMedia, de forma a tornar fácil sua publicação. A empresa vencedora do processo de licitação de cada lote recebeu uma cópia do respectivo CD como subsídio para projeto e construção das novas redes. 10/12

11 5. COMPARATIVO PREVISTO x REALIZADO Após o atendimento efetivo de um número considerável de clientes e com o objetivo de se fazer uma comparação entre os traçados previstos pelo programa Mercado e os efetivamente construídos, foi feita, no mês de abril de 2006, uma nova importação de dados do Gemini para o programa Mercado e o mesmo foi novamente executado com estes dados atualizados. A figura 9 mostra um exemplo desta comparação. A pequena discrepância entre os dois traçados mostra a eficiência do sistema aqui proposto. De modo geral, esta diferença se deve a obstáculos naturais encontrados no campo durante as fases de projeto ou construção. As linhas mais finas, em preto correspondem à rede existente (antiga + construída) e as linhas azuis, mais grossas, correspondem à rede anteriormente prevista pelo programa Mercado. Figura 9 Comparativo entre os traçados previstos e os efetivamente construídos 6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A adoção de um sistema de otimização para planejamento e orçamentação em um programa do vulto do Luz para Todos torna-se imprescindível. As informações geradas pelo sistema Mercado, apresentado neste trabalho, possibilitaram à CEMIG atender às exigências dos órgãos financiadores e fiscalizadores do programa, o que reduziu significativamente os obstáculos técnicos à liberação dos recursos necessários à execução do projeto Luz para Todos na área de concessão da CEMIG. O sistema Mercado mostrou-se eficaz em sua tarefa de responder aos questionamentos surgidos no início da implantação do programa Luz para Todos na CEMIG. As informações obtidas através deste sistema, em conjunto com outros sistemas corporativos já consolidados na empresa, possibilitaram à CEMIG iniciar a execução do programa Luz para Todos com uma visão suficientemente definida e realista do vulto do programa em sua área de concessão. 11/12

12 Em comparação com os métodos até então utilizados, a metodologia aqui proposta apresenta, entre outras, as seguintes vantagens: - rapidez no processamento com utilização de um mínimo de trabalho manual; - otimização do traçado das redes, proporcionando redução de custos e de tempo de projeto e de construção; - detalhamento físico e financeiro do projeto a nível de cliente; - definição dos clientes a serem atendidos por transformadores exclusivos ou através de redes de BT considerando critérios técnicos e econômicos; - localização otimizada de transformadores para grupos de clientes atendidos em BT; - criação de um mapa eletrônico interativo e detalhado de fácil publicação utilizando o software GeoMedia Viewer; - padronização do processo em toda a CEMIG. Assim, recomenda-se a utilização do sistema Mercado como suporte ao planejamento físico e financeiro para qualquer programa de eletrificação de pequeno, médio ou grande porte sob a coordenação de qualquer concessionária de energia elétrica que disponha dos insumos necessários para sua execução: coordenadas geográficas dos novos pontos de carga e da rede existente. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 CEMIG: EN/PE_3016b - Compartilhamento de de Distribuição Rural. Belo Horizonte / MG, novembro/ CEMIG: ED Tabela de Orçamento Belo Horizonte / MG, abril/ CEMIG: ND Instalações Básicas de Redes de Distribuição Rurais. Belo Horizonte / MG, outubro/ CEMIG: ND Projetos de Redes de Distribuição Aéreas Rurais. Belo Horizonte / MG, outubro/ CEMIG: ED/CE - Programa Luz para Todos Manual Executivo Preliminar. Belo Horizonte / MG, abril/ CEMIG: ED/CE - Programa Luz para Todos Manual e Projeto Preliminar. Belo Horizonte / MG, abril/ ELETROBRÁS: Resolução 416 Programa Nacional de Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica. Brasília/DF, agosto de /12