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1 PAPER 1/5 Título Plano de instalação de religadores AES Sul Registro Nº: (Resumo) SJBV7283 Autores do paper Nome País Angelica Silva AES Sul Brasil Flavio Silva AES Sul Brasil Lorenzo Comassetto AES Sul Brasil Maicon Ramos AES Sul Brasil Mauro Sergio Silveira AES Sul Brasil Renato Oling AES Sul Brasil Palavras chave Religador telecomandado, confiabilidade, proteção de sistemas elétricos. RESUMO Ao passar dos anos, as metas de continuidade estabelecidas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) têm representando um dos maiores desafios para AES Sul, assim como para as demais concessionárias de energia elétrica do Brasil. A exigência pelo menor número de interrupções, além da recomposição mais célere dos desligamentos faz com que as distribuidoras tenham que planejar seus investimentos de forma mais eficiente, visando alternativas rápidas de serem implantadas e com retorno imediato em termos de confiabilidade. A instalação de novos religadores automáticos telecomandados nas redes de distribuição tem sido uma alternativa de melhoria nos resultados da AES Sul através de um plano de ação conduzido desde Os ganhos com a instalação deste tipo de equipamento são principalmente relativos à coordenação, seletividade e flexibilidade na recomposição da rede. Não menos importante têm sido os benefícios relativos à segurança operacional da rede através da adoção de proteções de detecção de faltas de alta impedância, através da função terra sensível, disponível em praticamente todos os religadores do mercado, além da aquisição de registros de grandezas elétricas e eventos através da memória de massa do relé do equipamento. Este artigo apresenta a condução deste plano de ação, bem como os seus principais resultados para as redes de distribuição da AES Sul. 1 / 5

2 1. Introdução Conforme está previsto no contrato de concessão das distribuidoras de energia elétrica, a ANEEL fiscaliza as empresas do setor com relação ao histórico dos indicadores de continuidade individuais e coletivos. No caso de transgressão das metas estabelecidas pelo Órgão Regulador, as concessionárias ficam submetidas às penalidades previstas na legislação, tais como multas e termos de ajustamento de conduta. Assim, torna-se imperativa a realização de análises de confiabilidade, no sentido de identificar ações de melhoria dos indicadores de desempenho das redes de distribuição em curto prazo, através de ações eficientes que consigam fazer com que os resultados acompanhem a tendência decrescente das metas. Outro aspecto importante é que o maior número de desligamentos nas unidades consumidoras decorre de problemas intrínsecos às redes de distribuição quando comparados às interrupções que ocorrem nos sistemas de subtransmissão e transmissão. Portanto, os investimentos com vistas à melhoria da confiabilidade tem se concentrado nas redes de baixa e, principalmente, média tensão onde estão as maiores oportunidades de benefício. Além da ampliação dos investimentos de manutenção dos ativos elétricos (substituição de poste, reforma de rede, etc.), a modernização e a melhoria dos sistemas de proteção são igualmente importantes para o atingimento das metas regulatórias. Neste sentido, a AES Sul desenvolveu um plano de ação específico para a instalação de religadores telecomandados nas suas redes, cujos resultados já têm sido refletidos nos indicadores técnicos apurados pela empresa. 2. Plano AES Sul Historicamente, o maior desafio técnico enfrentado pela AES Sul diz respeito ao indicador técnico DEC. Este índice representa a duração equivalente de interrupção por unidade consumidora, sendo 95% relativo a problemas nas redes de distribuição da empresa e o restante devido aos sistemas de transmissão. A figura 1 apresenta a estratificação histórica deste indicador considerando horas de interrupção por segmento: subestação, alimentador, transformador, fusível e religador. Figure 1 DEC nas redes de distribuição AES Sul dividido por segmento Verifica-se que a maior parcela do DEC decorre de problemas nas redes de média tensão protegidas por disjuntores (segmento alimentador), chaves e religadores. Somente as chaves representam 52% do DEC das redes de distribuição, indicando que a maior oportunidade de melhoria no desempenho do sistema está neste segmento. A partir desta constatação, desde 2009 a empresa tem investido na modernização do sistema de proteção das redes através da instalação de religadores automáticos telecomandados. Desde o início do plano de instalação até o final de 2013 foram adquiridos equipamentos, conforme mostra a figura abaixo. Figura 2 Divisão anual de compra dos religadores adquiridos pela AES Sul Com a instalação dos religadores telecomandados, a empresa passou a obter principalmente cinco diferentes tipos de ganho no sistema de distribuição: (i) Coordenação com as chaves e religadores a jusante através dos religamentos automáticos; (ii) Maior seletividade no alimentador, dividindo o tronco do circuito; (iii) Maior segurança na rede para faltas de alta impedância; (iv) Flexibilidade para realização de manobras remotamente, além da indicação do local da falta; (v) Registros de eventos e grandezas elétricas, trazendo maiores subsídios para os estudos elétricos. A seguir são discutidos cada um dos benefícios indicados e os seus resultados. 2 / 5

3 2.1. Coordenação com as chaves e religadores a jusante através dos religamentos automáticos Para a mensuração destes ganhos foi selecionada uma amostra de 23 religadores já em operação por mais de um ano e avaliados os registros de seus respectivos religamentos automáticos frente às interrupções ocorridas nas redes. A avaliação foi realizada considerando as seguintes informações: - Amostra: 23 equipamentos; - Marca/Modelo: Cooper/Nova 27; - Período: Jan/2012 a Jan/2013; - Tempo morto de religamento: 8 segundos; - Clientes envolvidos: clientes. A figura 3 apresenta os resultados da primeira análise. Segundo os registros do sistema SCADA da AES Sul, mais de 90% dos religamentos automáticos realizados pelos religadores avaliados foram bem sucedidos, mantendo o sistema em linha. No restante dos casos a falta teve característica permanente e resultou em interrupção e desligamento do suprimento de energia elétrica dos clientes. 7,4% 92,6% Religamento bem sucedido Interrupção Figura 3 Avaliação dos religamentos automáticos dos religadores Ainda em relação à eficiência do religador na extinção das faltas de origem passageira, em mais de 84% das operações o equipamento foi bem sucedido no primeiro religamento automático, indicando também que a característica de falta nas redes da AES Sul é predominantemente de origem transitória, sendo extinta em até 8 segundos. Apesar de a AES Sul utilizar até três religamentos automáticos, verifica-se que o segundo e o terceiro religamentos têm baixa eficiência para a manutenção da rede elétrica ligada. A figura 4 apresenta este comparativo do número de operações dos religadores dividindo-se em religamentos automáticos bem sucedidos e interrupções. Figura 4 Religamentos automáticos bem sucedidos e interrupções Estes resultados indicam que a instalação de religadores automáticos em substituição às chaves fusíveis de ramal é um investimento prudente, considerando, obviamente, a importância da chave (número de unidades consumidoras ligadas, clientes especiais, etc.). Já em relação à instalação dos religadores no tronco do alimentador os benefícios, em se tratando de faltas transitórias, são limitados às operações rápidas dos religadores com o objetivo de salvar a queima de elos fusíveis de ramais. Isto porque a grande maioria dos disjuntores dos alimentadores também apresentam, pelo menos, duas tentativas de religamento automático, mas não possuem operações rápidas para o salvamento de fusíveis Maior seletividade no alimentador dividindo o tronco do circuito Para a mensuração dos benefícios deste item, para cada interrupção registrada no ano de 2012 em religadores, foi verificado o número de clientes não interrompidos do alimentador e suas durações. A figura 5 apresenta a metodologia de cálculo para a estimativa do ganho do indicador técnico DEC. Figura 5 Melhoria da seletividade com a instalação de religador A partir de uma falta a jusante do novo religador instalado são beneficiadas as unidades consumidoras ligadas a sua montante que passam a não serem mais interrompidas. Com base nesta metodologia, a figura 6 apresenta o cálculo do DEC salvo 3 / 5

4 pelos religadores que trouxeram maior seletividade ao sistema de proteção. Estimase que 3,76 horas do indicador da empresa foram evitadas pela operação dos novos religadores automáticos. Figura 6 Estimativa de ganho DEC no ano de 2012 com religadores 2.3. Maior segurança na rede para faltas de alta impedância Uma das maiores dificuldades no ajuste dos sistemas de proteção diz respeito às faltas onde a impedância de contato possui valor tão elevado que a corrente de curtocircuito resultante pode não ser suficiente para sensibilizar os equipamentos de proteção e desligar a rede. Um exemplo é apresentado na figura 7, ocorrida no final do ano de 2013 em um alimentador de 23 kv da AES Sul. Houve o rompimento de uma fase da rede primária de distribuição que permaneceu energizada ao solo até a intervenção do operador. Neste caso, a corrente de falta não sensibilizou os sistemas automáticos de proteção contra sobrecorrentes em razão da alta resistividade elétrica do solo. Figura 7 Falta de alta impedância ocorrida nas redes da AES Sul em 30/11/2013 Para evitar ou, pelo menos, minimizar a ocorrência de eventos desta natureza, os religadores automáticos possuem uma função denominada Proteção Sensível a Terra. Trata-se de uma proteção de sobrecorrente cujo tempo de atuação possui característica definida e é superior aos tempos de operação dos demais equipamentos de proteção da rede. No caso da AES Sul, havendo uma corrente superior ao limiar de ajuste e não abrindo nenhum equipamento em até 40 segundos, a segurança prepondera sobre a seletividade e o religador opera, mesmo que a falta esteja localizada depois de uma chave fusível instalada a sua jusante, garantindo a desenergização da rede sob defeito. Na parametrização dessa proteção é observada a existência de transformadores monobucha, de modo a evitar desligamentos indevidos pelas correntes de carga. Normalmente a corrente de proteção a terra é ajustada em 30 A Flexibilidade para realização de manobras remotamente, além da indicação do local da falta Outro benefício presente, mas difícil de ser tecnicamente mensurado em razão das diferentes configurações que a rede pode tomar é a flexibilidade na realização de manobras na rede de forma remota. Na primeira etapa do plano de religadores, os equipamentos que exigiam alterações nos demais equipamentos de proteção para que houvesse seletividade foram energizados operando em modo chave. Ou seja, sem as funções de proteção habilitadas. Seu ganho estava restrito apenas à flexibilidade nas manobras e na localização de faltas. Isto porque a necessidade de reajuste de disjuntores, fusíveis e outros religadores necessários para que houvesse seletividade com o novo religador poderia atrasar a energização do equipamento e não proporcionar ganhos imediatos. Desta forma, apenas num segundo momento é que foram reajustados os demais equipamentos de proteção e alterada a forma de operação dos novos religadores que haviam sido configurados em modo chave para operarem em modo proteção, proporcionando um ganho maior. Os benefícios na flexibilidade para realização de manobras é evidente, pois a realização de transferências de carga passa a ser muito mais rápida realizada remotamente. São dispensadas as equipes, seus tempos de deslocamento, preparação e execução, sendo substituídos pelo simples comando do operador, via software. Além do mais, os religadores funcionam como localizadores de falta indicando se o curto-circuito está localizado a sua jusante, possibilitando ações imediatas de recomposição do sistema pelo operador. 4 / 5

5 2.5. Registros de eventos e grandezas elétricas, trazendo maior subsídio para os estudos elétricos Por fim, os religadores têm proporcionado também benefícios com os registros de eventos que são um subsídio fundamental para analisar e compreender as faltas no sistema de distribuição, além de fornecer os registros relativos às grandezas elétricas que são dados de entrada para os estudos elétricos do sistema. Através dos registros de eventos é possível a avaliação do comportamento do sistema como, por exemplo, o item apresentado acima a respeito da performance, do tempo e do número de religamentos automáticos dos religadores. Pode-se fazer um juízo a respeito da operação dos equipamentos avaliando se a parametrização atual está aderente aos objetivos da empresa quando do momento da sua aquisição e como pode ser ainda mais otimizada a sua utilização. 4. Referências [1] AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). Procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional Módulo 8, de 01 de fevereiro de Qualidade da Energia Elétrica. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/arquivos/pdf/m%c3 %B3dulo8_Revis%C3%A3o_4.pdf>. Acesso em 15 abr [2] ELETROBRÁS. Proteção de Sistemas Aéreos de Distribuição. Rio de Janeiro: Campus [3] SILVEIRA, Mauro S. OLIVEIRA, H. MARTINEZ, M. TELLES, V. RODRIGUES, P. Desenvolvimento de Algoritmos de Otimização e Simulador de Desempenho de Confiabilidade. XIX SENDI. São Paulo, Conclusão Este trabalho apresentou os principais aspectos relativos ao plano de instalação de religadores que tem sido desenvolvido na AES Sul desde Foram apresentadas as aquisições realizadas ao longo tempo pela empresa e os benefícios mais relevantes deste investimento para a melhoria da qualidade no fornecimento de energia elétrica. A melhoria da coordenação, seletividade, flexibilidade de manobras e localização de faltas no sistema são os itens de maior importância em termos de desempenho verificados pela AES Sul. Pela estimativa do DEC de 2012, o indicador teria sido violado caso não tivesse o benefício dos religadores trazendo maior seletividade ao sistema de proteção. Como benefícios adicionais estão a segurança do sistema, através da proteção de terra sensível, e o registro de eventos e leituras de grandezas elétricas. Os próximos passos da empresa são no sentido de explorar novas alternativas de operação do religador com o objetivo de maximizar os retornos dos investimentos realizados. Exemplo disso é a alteração dos tempos mortos de religamento e a utilização da proteção instantânea de neutro para o salvamento de elos de ramais a jusante do religador. Também é vislumbrada em médio prazo a automação dos equipamentos para a recomposição rápida do sistema dentro do conceito Smart Grid. 5 / 5

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