ELEKTRO - Eletricidade e ServIços S.A

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1 XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil Gustavo Ortenzi ELEKTRO - Eletricidade e ServIços S.A [email protected] Marco Antonio Scarabeli Junior ELEKTRO - Eletricidade e ServIços S.A [email protected] Sensores de Falta com Comunicação Palavras-chave Comunicação Falta Remoto Sensor Resumo A Elektro utiliza sistemas de detecção de falta local há anos, mas sempre limitado a indicação luminosa no próprio local de instalação. Em 2014, a Elektro decidiu testar e homologar uma nova tecnologia de Sensores de Falta Inteligentes, os quais monitoram e também informam instantaneamente o Centro de Operações de Distribuição, COD da empresa (em Campinas-SP). Foram selecionados 3 fornecedores, TecSys, Schneider e Tollgrade, para efetuar os testes de forma integrada ao sistema de supervisão SCADA do COD. O projeto piloto do Sensor de falta previu a instalação de 8 conjuntos de sensores TecSys, 5 da Schneider e 8 Tollgrade, sendo que 7 da Tecsys instalados em Linha de Transmissão de 69KV e 2 em Linha de Distribuição de 13.8KV, enquanto que os Schneider estavam instalados em Linhas de 13.8KV e o da Tollgrade instalados em linhas de 13.8, 34.5 e 69KV. 1. Introdução 1/8

2 Desde meados de 2000, a ELEKTRO tem investido no controle centralizado das operações de distribuição através de sistemas de telesupervisão e controle. Em 2011, iniciou o projeto de implantação de sistemas de recomposição automática de rede, conhecidos como Self-Healing, que colocou a automação de redes e telecomunicações em um nível essencial para o negócio de distribuição de energia. Em paralelo com este sistema, indicadores de falta começaram a ser instalados no intuito de detectar surto de corrente que tivessem passado pelo equipamento, sinalizando a localização de falta de forma mais assertiva e garantindo a recomposição no menor tempo possível. Com o passar dos anos, foi adquirido experiência nestes equipamentos, e identificou-se que a efetividade na indicação é relativamente baixa, de forma que muitas vezes no procedimento de restabelecimento, a equipe encontrava os indicadores apagados, não indicando corretamente a passagem do surto de corrente pelo local, e por consequência aumentando o tempo da localização da falta, impactando diretamente os indicadores, por exemplo, DEC. Diante deste cenário e de novas tecnologias, a Elektro entendeu que fazia sentido testar estas novas tecnologias e avaliar o ganho para a companhia antes de efetuar uma grande aquisição, desta forma era importante avaliar diferentes equipamentos e fornecedores, e validar as informações enviadas pelos equipamentos. Os Sensores de Falta Inteligentes são capazes não apenas de identificar a corrente de surto de acordo com níveis ajustados, mas principalmente identificar se ocorreu falta momentânea, falta permanente, desligamento, chaveamento de banco de capacitores e até mesmo descartar os piques dos Religadores durante operação de restabelecimento. 2. Desenvolvimento 2.1. O projeto A automação de redes de distribuição é baseada nos pilares LOCALIZAÇÃO, ISOLAÇÃO e RECOMPOSIÇÃO. Isso significa que para termos um sistema de automação eficiente temos que garantir que os três pilares deverão ter condições de serem executados de forma eficiente. Para tanto, baseando-se nos princípios de automação e controle, precisamos de sensores e atuadores distribuídos de forma eficiente. Em resumo, quanto mais sensores possuirmos instalados ao longo da rede, mais eficiente será a localização da falta para o rápido restabelecimento da rede. Unindo esforços e cooperação entre departamentos, foi realizado um estudo identificando as Redes de Distribuição e Linhas de Transmissão com maiores problemas de queda e/ou falta de energia, para que fosse possível instalar os sensores de falta inteligente. No caso das redes de Distribuição, optou-se por pontos onde existiam equipamentos de automação, como Religadores, permitindo a comparação de dados de tensão e corrente, tanto em regime quanto de surto. Além de Religadores, no caso específico de linhas de 13.8KV, foram escolhidos pontos de instalação onde existiam os Indicadores de Falta com sinalização luminosa. Já nas Linhas de Transmissão não ocorreu a disponibilidade de equipamentos para comparação devido a classe de tensão ser de 69KV. As Linhas selecionadas receberam um conjunto de sensor inteligente em trechos determinados, que tivessem disponibilidade de sinal celular 2G e/ou 3G e ainda que não fossem de difícil acesso, mesmo porque, os equipamentos estavam em teste. 2/8

3 Os sensores foram instalados nas regiões CENTRO, SUL, LESTE e OESTE (denominação ELEKTRO) tendo a seguinte distribuição: 12 Conjuntos de Sensores em Rede de Distribuição de 13.8KV 2 Conjuntos de Sensores em Rede de Distribuição de 34.5KV 6 Conjuntos de Sensores em Linha de 69KV (SDAT) 3/8

4 Figura 1 Instalações dos Sensores de Falta nas Redes de Distribuição e Linhas AT 4/8

5 Em conjunto com a instalação dos sensores foram desenvolvidos os projetos de comunicação DNP3 e visual no sistema supervisório SCADA utilizado pela Elektro, de forma que os dados enviados do campo pudessem ser supervisionados via COD através da comunicação celular 2G/3G ou satélite, nos casos onde não tinha disponibilidade de sinal de nenhuma operadora, normalmente em Linhas de 69 kv. Figura 2 Projeto SCADA dos Sensores de Falta Figura 3 Projetos individuais SCADA dos Sensores de Falta Os fabricantes dos Sensores de Falta TecSys e Tollgrade ainda possuem um sistema com um software de análise dos dados, de forma que é possível verificar outros Status dos equipamentos e da rede elétrica onde instados os sensores, como por exemplo análise da forma de onda da corrente ou histórico da tensão/corrente de forma gráfica. 5/8

6 Figura 4 Forma de Onda da Corrente durante evento de falta momentânea. Figura 5 Ferramenta de Visualização de Eventos e Histórico de Tensão e Corrente. O sistema de Análise da Tollgrade possui uma funcionalidade interessante de envio de s para pessoas e/ou grupos cadastrados, de forma a notificar os Eventos e Alarmes configurados e detectados pelo sistema. Este sistema foi muito utilizado durante o desenvolvimento do projeto no SCADA, e ainda continua sendo utilizado pela equipe do COD e demais envolvidos mesmo após a finalização do projeto Resultados Após doze meses de instalação nas redes de distribuição e linhas de alta tensão pudemos comparar os dados enviados pelos sensores com os dados de religadores e indicadores de falta e estes mostraram totalmente confiáveis, obviamente, com um processo de instalação e comissionamento a ser seguido para garantir tal confiabilidade. Dados estes tão confiáveis, que em um caso de falta real, o equipamento informou corretamente a falta permanente da linha, mas como o sistema estava em caráter de teste, e no mesmo ponto existia um Indicador de Falta (luminoso) não 6/8

7 acionado, levou a equipe de restabelecimento à tomada de decisão errada e indo percorrerem outro trecho da linha, quando a falha estava efetivamente naquele trecho em diante. Este fato ajudou a comprovar dados de baixa confiabilidade dos Indicadores de Falta luminosos. Para a efetiva comunicação dos conjuntos de sensores com o COD, é imprescindível que a torre de comunicação da operadora (ERB) a ser utilizada não seja alimentada pela rede de distribuição ou linha de alta tensão a fim de evitar perdas de comunicação devido a derrubada da torre. No caso de conhecimento deste problema, a solução de contorno adotada pela ELEKTRO foi o emprego de sistema via Satélite. Nos sistemas que possuíam alimentação em Baixa Tensão (127/220V) o uso de baterias para manter o sistema energizado para o envio dos dados da falta é requisito básico, caso contrário, as informações dos sensores não chegarão até o COD. Os sensores com comunicação 2G/3G embutidos possui uma aplicação limitada, pois a cobertura de sinal das operadoras de celular restringe bastante quando o ponto de instalação sai da área urbana e/ou das proximidades das rodovias/estradas. Com o auxílio de Softwares de Análise de rede, e obviamente, com a rede da Elektro devidamente modelada neste aplicativo, os dados de surto provenientes dos sensores foram utilizados para estimar a localização da falta. Na prática, pode-se constar a efetividade deste mecanismo de localização de falta, garantindo a efetividade do despacho das equipes ao local, evitando que várias equipes tenham que ser alocadas e percorram a rede até encontrarem a falha. Estudos teóricos relativos ao monitoramento de falta através de sensores de falta, indicam que é possível reduzir o tempo de restabelecimento em até 50%, quando devidamente empregados de forma integrada com a automação de redes e sendo suportado pelo time de Planejamento e Operações. Sensores instalados na rede de 69KV apresentaram defeitos e pararam de funcionar após um curto período de tempo. Em um trabalho investigativo conduzido pelo fornecedor e com o apoio da Elektro, diversas melhorias mecânicas, elétricas, eletrônicas e construtivas foram identificadas e implementadas. Pode-se destacar inclusive metodologia de instalação para resguardar o correto funcionamento dos equipamentos. 3. Conclusões Os sensores de falta mostraram sua capacidade na identificação da falta e surtos, e passando a serem justificados principalmente nas redes de transmissão, devido a alta quantidade de clientes atendidos por uma Linha de 69KV. As Redes de Distribuição de 34,5KV também mostraram um retorno, mas menor do que nas Linhas de AT. A utilização de mais de um conjunto de sensores ao longo da rede, diminui significativamente o tempo da identificação do ponto de falha, e consequentemente, também diminui o custo operacional devido à assertividade do despacho das equipes a campo, quando o esperado é o envio de apenas uma equipe naquele ponto e não mais várias equipes percorrendo a rede. Obviamente existe um balanço entre a quantidade de conjunto de sensores a serem instalados e a redução do tempo no restabelecimento. A Elektro aprovou a tecnologia de Sensores de Falta e até o final de 2016 terá mais 40 pontos de Sensores instalados e monitorados via SCADA no COD, e está previsto a expansão de outros 60 pontos até meados de Os pontos utilizados no projeto piloto já estão sendo revistos, e serão realocados para pontos prioritários, seguindo procedimentos e estudos dos times responsáveis pelas análises. O meio de comunicação usual será a tecnologia de satélite, uma vez que os melhores pontos de instalação para 7/8

8 supervisão, normalmente são pontos remotos e isolados dos centros urbanos. Desta forma, garantimos a confiabilidade e a disponibilidade da comunicação dos conjuntos de sensores, mesmo tendo que alterar detalhes do projeto de comunicação, restringindo o uso de dados devido ao alto custo de manutenção desta tecnologia de comunicação. 4. Referências bibliográficas - Tese de Mestrado Detecção de Defeitos em Redes de Distribuição Secundária, Filipe Manuel Teixeira de Castro Gil - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - Manual equipamento TS1000 TecSys - Manual equipamento MV Lighthouse Tollgrade - Manual equipamento FLITE116 e G200 Schneider 8/8