UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA.

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Micro Redes Apostila _01 Coceituação de Distribuição de Eergia Elétrica Prof a Mariâgela de Carvalho Bovolato Ilha Solteira - SP, agosto de 2013

2 Coceituação de Distribuição de Eergia 1 - Itrodução O Sistema de Distribuição de Eergia Elétrica tem importâcia fudametal detro do cotexto de um sistema elétrico, ão só pelo ivestimeto, como também pela sua elevada resposabilidade a qualidade de serviço prestado ao cosumidor. A atividade de plaejameto, que é essecial a qualquer sistema, tora-se imprescidível à distribuição, de forma a ateder ao crescimeto da carga em íveis de qualidade de serviço compatíveis com suas características, procurado-se otimizar a aplicação dos recursos fiaceiros dispoíveis relativamete escassos. O Plaejameto de Sistemas de Distribuição de Eergia Elétrica é uma atividade a qual o pricipal objetivo é adequar, ao meor custo, o Sistema Elétrico de Distribuição às futuras solicitações ao mercado cosumidor, garatido um suprimeto de eergia elétrica, com íveis ed qualidades compatíveis com este mercado. A qualidade de forecimeto de eergia elétrica é defiida pelos seguites fatores: Nível de Iterrupção ou Cotiuidade de Forecimeto; Nível de Tesão ou Faixa de Tesão. A verificação cotíua da qualidade de forecimeto de eergia elétrica pelas cocessioárias, baseia-se a comparação de valores costatados com aqueles previamete fixados, deomiados de Metas de Qualidade. A fixação destas metas costitui um poto essecial o processo de plaejameto da empresa. Estas metas passam a ser um poto de referêcia para defiir os diversos critérios adotados o plaejameto, ou seja, a localização e arrajo das subestações, a escolha de equipametos, a cofiguração da rede, etc.

3 As Metas de Qualidade são fixadas pela cocessioária em fução do mercado cosumidor de eergia a ateder e da dispoibilidade de recursos fiaceiros, sedo que, além da mauteção, existem ivestimetos a serem realizados de forma a remuerá-los adequadamete. 2 Metas de Qualidade Níveis de Iterrupção ou Cotiuidade de Forecimeto: No caso de Cotiuidade de forecimeto, a cosideração de Metas de Qualidade deve ser feita através de defiição e estabelecimeto de ídices uméricos, ou ídices operativos. Estes ídices são usados pelas cocessioárias como valores de referêcia os processos de decisão evolvidos em trabalhos de plaejameto, projetos, costrução de lihas ou ramais, operação e mauteção de Sistemas de Distribuição Coceitos Básicos : 1) Falha : É todo o eveto que produz a perda da capacidade de um compoete, ou sistemas, desempehar sua fução, levado-os à codição de operação iadmissível. 2) Tempo médio etre falha e taxa de falha : O tempo médio etre falhas de um compoete do sistema é uma característica que, tal como o próprio ome idica, avalia o tempo médio durate o qual, o compoete permaece em serviço etre duas falhas. 1 m

4 ode :m : tempo médio e : taxa de falhas, represeta o úmero de vezes que, em média, o compoete falhou, por uidade de tempo de permaêcia de serviço. A cofiabilidade vista pelo cosumidor é calculada como fução das taxas de falhas dos compoetes do sistema. 3) Seguraça de Serviço : Esta expressão é geralmete utilizada para referir às características de um sistema que permitem a restauração do forecimeto de eergia elétrica à maior parte ou à totalidade dos cosumidores, sem que seja ecessário realizar primeiramete serviços de reparo. Estas características, que permitem a existêcia, em certas circustâcias, de tempo de restabelecimeto de serviços iferiores aos tempos de reparo, depedem direta e fudametalmete das cofigurações utilizadas os sistemas de distribuição. 4) Tempo de restabelecimeto do sistema : É o período trascorrido desde o desligameto do circuito até a reeregização do mesmo. É composto dos seguites tempos : Tempo para cohecimeto da falha; Tempo de preparação: tempo requerido para obteção de recursos ecessários para dar iício aos trabalhos de localização da falha; Tempo de localização: tempo dispedido o deslocameto até as proximidades da falha e a execução de testes e trasferêcia de carga com fialidade de localizar precisamete a mesma. Tempo de reparo: tempo durate a qual a falha é corrigida. 5) Cofiabilidade : É a capacidade de um sistema desempehar a fução exigida, sob codições estabelecidas, por um período de tempo determiado. A desigação cofiabilidade

5 deve ser iterpretada como a característica dos sistemas que quatifica, por meio de ídices uméricos (também chamados de operativos) o seu desempeho passado, ou estimativas futuras. Os ídices mais utilizados pelas cocessioárias para medir a cofiabilidade são os seguites : Duração de iterrupção: É o período de tempo etre o iício e o fim da iterrupção Duração Equivalete por Cosumidor : É o período de tempo que, em média, cada cosumidor do sistema ficou privado do forecimeto de eergia elétrica o período cosiderado. D ode : Ca Cs xt ( i) ( i) i 1 D = duração equivalete por cosumidor (hora); Ca (i) = 0 de cosumidores atigidos as iterrupções; t (i) = tempo decorrido a iterrupção (i); Cs = 0 total de cosumidores do sistema; i = 0 de iterrupções variado de 1 a Duração Equivalete por Potêcia Istalada : É o período de tempo que, em média, cada potêcia istalada atigida ficou deseergizada o período cosiderado. P( i ) t( i ) i1 d k, P i1 ode : d k = duração média por potêcia istalada (horas) ( i )

6 5.2.- Freqüêcia de Iterrupção Chama-se freqüêcia de iterrupção o úmero de vezes em que um sistema ficou iterrompido o período cosiderado Freqüêcia equivalete por cosumidor É o úmero de iterrupções que, em média, cada cosumidor do sistema sofreu o período cosiderado : f Ca( i ) i1, Cs ode : f = freqüêcia equivalete por cosumidor Freqüêcia equivalete por potêcia istalada É o úmero de iterrupções que, em média, cada potêcia istalada do sistema sofreu o período cosiderado. f k P i1 P ( i ) total ode : f k = freqüêcia equivalete por potêcia. 5.3 Cofiabilidade do Sistema Cofiabilidade do sistema é a razão, por uidade, em que o sistema ficou o estado operável o período cosiderado Por cosumidor Cs T C Ca i1 Cs T ( i ) t ( i )

7 ode : C T ídice de cofiabilidade por cosumidor; período cosiderado Por potêcia C k P total T P P i1 total T ( i ) t ( i ) Outras Expressões e Aalogias Das expressões acima, pode-se cocluir que : 1 Duração Equivalete por cosumidor : D = d. f, Ode: d = duração média/cosumidor; f = freqüêcia equivalete /cosumidor. 2 Observações : a) Cs T atedimeto de todos os cosumidores por todo período resposabilidade da cocessioária ; b) Ca i1 ( i ) t ( i ) - parcela da resposabilidade ão cumprida c) Cs T Ca ( t i1 (cofiabilidade). i ) ( i ) - parcela da resposabilidade que foi cumprida De maeira geral, pode-se dizer que, essecialmete, os ídices operativos represetam poderações, em relação aos cosumidores ou às potêcias, das medidas de cofiabilidade.

8 6) Idispoibilidade Idispoibilidade é a parcela de tempo em que determiado compoete fica fora de operação, por falha, um período de tempo cosiderado. É dada pela expressão D = 1 C ode : C = cofiabilidade Classificação das Iterrupções As iterrupções, perdas de serviço para um ou mais cosumidores e que são o resultado de uma ou mais saídas de compoetes, depededo da cofiguração do sistema, devem ser classificadas de acordo com certos critérios, de maeira a bem caracterizar o tipo de aálise que se deseja fazer. A cada ocorrêcia o Sistema de Distribuição, deve-se procurar idetificar a circustâcia ou o mecaismo que provocou o mau fucioameto do compoete para defiir os procedimetos que veham a miimizar sua reicidêcia. Da aálise dessas ocorrêcias, as empresas podem idetificar o orgão de sua estrutura que será acioado ou quais as atividades a serem desevolvidas para que o desempeho do sistema atija um ível pré-estabelecido. É importate também observar, o relacioameto das iterrupções e sua duração, com o ível de tesão do compoete que falhou ou foi deliberadamete colocado fora de serviço e com as codições climáticas o mometo da iterrupção. Isto facilita a aálise da situação do desempeho quato à resposabilidade do compoete do sistema e idicará as épocas do ao as quais o clima cotribui de forma acetuada a cotiuidade do forecimeto de eergia. Tedo em vista as observações acima, é bastate comum a seguite classificação : 1. Iterrupções Cosideradas: São iterrupções que devem ser icluídas os cálculos dos ídices. São resultates de saídas de um ou mais compoetes que afetam os cosumidores alimetados

9 pelo sistema, qualquer que seja a origem delas, iclusive as produzidas por distúrbios o sistema de trasmissão ou iterligado. Excetuam-se os seguites casos : Desligameto dos cosumidores, provocados por seus próprios dispositivos; Desligameto dos cosumidores por falhas, em sua própria rede, exceto as que provocam iterrupções em parte do sistema da empresa. 2. Quato à duração : As durações cosideradas para o cálculo dos ídices devem ser as efetivamete ocorridas computado-se, separadamete, os tempos das etapas distitas de reparo (preparação, localização e correção). Devido à ecessidade de se uiformizar o critério de classificação, recomeda-se adotar um tempo máximo de 3 miutos para as iterrupções Mometâeas. Valores superiores serão classificados como Sustetadas. 3. Quato a Origem Extera : é aquela que resulta de uma saída de compoete ão pertecete ao sistema cosiderado. Itera : é aquela que resulta de uma saída de compoete pertecete ao sistema cosiderado. 4. Quato à Causa 4.a Programada : É aquela que resulta da retirada deliberada de um serviço de um compoete, por um tempo pré-estabelecido, usualmete para fis de costrução ou mauteção. Os cosumidores evolvidos são, em geral, previamete avisados. Pode ser dividida em :

10 a.1 - Alteração : icluido todas as saídas provocadas pela ecessidade de melhorar ou ampliar a istalação em operação. Subdivide-se em : alteração para melhoria e alteração para ampliação. a.2 - Mauteção : icluido todas as saídas ecessárias para se esaiar ou corrigir a istalação em operação. Subdivide-se em : mauteção prevetiva e mauteção corretiva. a.3 - Não Classificada : compreede toda iterrupção programada ão classificada os ateriores. 4.b Não Programada : Toda aquela que ão se equadra a programada. É uma iterrupção por saída forçada. Subdivide-se em : a.1 - Meio Ambiete : poluição, corrosão, fogo(ão devido a falhas), iudação, erosão vegetal, pássaros, outros aimais, etc. a.2 - Terceiros : vadalismo (dao ou iterferêcia itecioal ou volutária), acidete (dao ou iterferêcia acidetal). a.3 - Falha Humaa : erro de operação e acidete (cotato, dao ou iterferêcia da própria cocessioária ou cotratada, resposáveis pela operação e mauteção do sistema). a.4 - Próprias do Sistema : subtesão, sobretesão, maobra para localização de falhas, maobra por seguraça ou características costrutivas do equipameto. a.5 - Falha de Compoete : falha de ajuste, falha de motagem, falha de projeto, uso impróprio do equipameto, evelhecimeto, falha de mauteção, falha de fabricação (material,,projeto ou motagem pelo fabricate), falha ão relacioada e falha descohecida. a.6 - Outro Orgão/Cocessioária: cocessioária, cosumidor, outro orgão da empresa (ão resposável diretamete pela operação ou mauteção de sistemas).

11 a.7 - Outras : este grupo deverá ser icluída toda causa cuja atureza seja do cohecimeto do iformate, porém ão se equadra em ehum dos ites relacioados. a.8 - Descohecidas : deverá ser equadrada este grupo toda causa cuja atureza ão seja do cohecimeto do iformate. 5. Quato à Tesão: Secudária : 115V, 127V, 220V, 230V, 380V Primária : V (13.8kV), 34500V (34.5kV) Subtrasmissão : igual ou maior que 34.5kV 6. Quato às Codições Climáticas : Os problemas advidos de codições climáticas requerem ser classificados, para aalisar-se em que grau de severidade o sistema está sujeito a falhas e a duração da iterrupção. Adota-se a seguite classificação : a. Tempo Adverso : são as codições climáticas que causam uma alta proporção de saídas forçadas e a demora o reparo dos compoetes, durate os períodos em que persistem estas codições. Podem ser selecioadas como : chuva, veto, calor, etc. b. Tempo Normal : são as codições climáticas ão defiidas como adversas Níveis de Faixas de Tesão de Forecimeto A determiação e fixação de faixas de tesão admissíveis, tato em codições ormais quato de emergêcia, devem evidetemete, fudametar-se a compatibilização etre a tesão forecida pela cocessioária e os valores de tesões de placa de eletrodomésticos e equipametos elétricos, adicioadas e subtraídas, respectivamete, dos valores de sobretesão e subtesão admissíveis.

12 Para o fabricate, seria ideal que a cocessioária mativesse a faixa de variação etre as tesões máxima e míima, a mais estreita possível. Isto, o etato sigificaria maiores ivestimetos o sistema de distribuição. Sob o poto de vista da cocessioária, o desejável seria mater essa faixa a mais ampla possível, resultado maiores custos para os eletrodomésticos e equipametos elétricos. Portato, tem que haver um poto de equilíbrio etre as ecessidades da cocessioária e as do fabricate de equipametos, refletido um meor custo para o cosumidor. Com base essas premissas, foram efetuadas pesquisas juto aos fabricates acioais, o setido de cohecer as variações de tesão admissíveis em equipametos e aparelhos eletrodomésticos. O resultado dessa pesquisa mostrou que grade maioria dos aparelhos admite uma variação de 10%em toro de sua tesão de placa. Apresetam-se a seguir, os valores das faixas de variação de tesão a serem observadas o plaejameto, projeto e operação de sistemas de distribuição de eergia elétrica, de modo a que se tore possível ateder, de forma satisfatória, as características operacioais dos aparelhos e equipametos dos cosumidores Coceitos Básicos : 1) Tesão Nomial: É o valor eficaz da tesão pelo qual o sistema é desigado. A orma ANSI diz que este valor idetifica a classe de tesão a que está sujeito, determiado circuito elétrico. Aida pela mesma orma, a tesão omial é a que se utiliza o projeto de circuitos e aparelhos elétricos devedo, por coseguite, desigar-se um valor operacioal ideal (omial) para cada sistema. 2) Regulação de Tesão : É a variação existete, um determiado poto do sistema, etre o valor máximo e o valor míimo de tesão. Re g V 0 V 1,

13 ode : V 0 tesão máxima V 1 tesão míima Em termos percetuais : Re g% V 0 V V i i 100 3) Queda de Tesão : Defie-se queda de tesão, para o mesmo istate, pela difereça etre os valores de tesão a etrada e a saída em dado compoete do sistema elétrico. V V i V f ode : V i = tesão o iício do compoete; V f = tesão o fial do compoete. Em termos percetuais : V % V i V V i f 100 4) Tesão de Utilização : É o valor eficaz da tesão efetivamete aplicada aos termiais dos equipametos e aparelhos dos cosumidores. 5) Tesão de Serviço : É o valor eficaz da tesão o poto de etrega, ou seja, local ode o sistema elétrico do cosumidor se liga ao sistema elétrico da cocessioária. Em casos de :- Baixa tesão : juto ao medidor de eergia da edificação; :- Alta tesão : os termiais secudários do trasformador abaixador ou o trasformador de potecial.

14 6) Tesão Secudária : É o valor eficaz da tesão o poto da rede da cocessioária, de ode se deriva o ramal de ligação. (medição rotieira para cotrole de forecimeto de eergia). 7) Tesão de Forecimeto Primário : É o valor da tesão primária combiado etre a cocessioária e cosumidor, o poto de etrega de eergia elétrica, os termos da legislação em vigor. A Portaria 047 de , do DNAEE, estabelece que esta tesão pode estar fixada etre + 5 % e 5%, em relação à tesão omial do sistema Faixas de Tesão : 1) Faixa favorável de tesão de utilização: É a faixa de tesão defiida como de operação ormal ou desejável. Os aparelhos e equipametos devem ser projetados para operar ormalmete esta faixa. 2) Faixa tolerável de tesão de utilização: É a faixa de tesão recohecida como de operação aceitável, mas ão iteiramete desejável. Os equipametos ão são projetados para operar esta faixa, porém devem apresetar um desempeho razoável em tais codições. 3) Faixas de tesão de serviço: Esta faixa deriva das faixas ateriores, presumido-se que ocorra uma queda de tesão etre o poto de etrega de eergia ou poto de medição (a baixa tesão) do cosumidor e o poto de utilização. O valor máximo desta queda é de 1,7% da tesão omial. 4) Faixa de tesão secudária: As faixas este caso (favorável e tolerável), são aálogas à tesão de utilização. Presumido-se que ocorra uma queda de tesão desde o poto da rede da cocessioária de ode se deriva o ramal de ligação até o poto de utilização, o valor máximo adotado para esta queda de tesão é de 2,4% da tesão omial.

15 A orma brasileira NBR5410, de ovembro de 1980, estabelece os seguites valores para as quedas de tesão etre a origem da istalação (cosumidor) e qualquer poto de utilização, em relação à tesão omial da istalação : Istalações alimetadas em Baixa Tesão : ilumiação 3% outras utilizações 5% Istalações alimetadas por Subestações : Ilumiação 6% Outras utilizações 8% Foram levados em cosideração os fatores reais de simultaeidade, quer de cada cosumidor, quer etre cosumidores ligados a um mesmo ramal. Deve-se observar também que, para o caso específico de cosumidores caracterizados por elevadas quedas de tesão os circuitos iteros, próximas aos limites máximos fixados a Norma e coicidetes com a pota de carga do sistema (estabelecimetos idustriais e comerciais de porte médio, prédios de apartametos, etc), estes ão devem ser ligados a extremidade da rede, mas sim, juto ao trasformador. Esta solução correspode a reduzir a queda de tesão o circuito secudário, pela dimiuição de sua extesão, trasferido-se assim, para os circuitos iteros dos cosumidores a queda de tesão que fica dispoível.