Posicionamento de Interruptores Telecomandados para Redução de Energia Não Fornecida em Redes de Média Tensão

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1 ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA LUSO-ESPANHOLA. VOL. (pp ). Actas das 6. as Jornadas Luso-Espanholas de Engenharia Electrotécnica Lisboa, 7-9 Julho EDINOVA. Lisboa, Posicionamento de Interruptores Telecomandados para Redução de Energia Não Fornecida em Redes de Média Tensão José António Martins, António Luís Godinho, Rui Oliveira Santos EDP - Electricidade de Portugal, S.A. Centro de Distribuição Beja Rua António Sardinha, Beja Resumo A redução de Energia Não Fornecida (ENF) nas redes de média tensão, é um dos principais objectivos considerados na análise de Benefício/Custo dos investimentos realizados pelas Empresas de Distribuição de energia eléctrica, tendo em vista assegurar o aumento da procura e a melhoria contínua da qualidade técnica de serviço. No caso de ocorrência de avaria na rede de média tensão, toda a rede a jusante do aparelho de protecção fica fora de serviço, seguindo-se manobras manuais ou telecomandadas de pesquisa de localização do defeito. Esta situação determina, normalmente, longos períodos de interrupção no fornecimento de energia eléctrica aos clientes, prejudicando economicamente tanto os consumidores como as Empresas de Distribuição. O eficaz posicionamento de interruptores telecomandados na rede eléctrica de média tensão, permite uma eficiente gestão da distribuição, minimizando os períodos de interrupção e o número de clientes afectados. A fiabilidade da alimentação eléctrica aumenta, com a consequente redução de ENF. O objectivo da presente comunicação refere-se à apresentação de um método de estudo com base no qual foi desenvolvido um programa informático (ENFORE) para utilização em computador pessoal, capaz de modelizar de forma expedita e eficiente as zonas da rede eléctrica afectadas por defeitos, de acordo com o posicionamento de seccionadores e interruptores telecomandados, permitindo a análise comparativa de resultados. Palavras-chave: Qualidade de Serviço, Energia Não Fornecida, Interrupções de Fornecimento, Interruptores Telecomandados, Análise Benefício/Custo. 601

2 1. Introdução A instalação de Interruptores Telecomandados (IT s) em redes de distribuição de energia eléctrica em média tensão, proporciona o rápido isolamento da zona afectada pela avaria, facilitando a detecção expedita de defeitos na rede eléctrica e minimizando quer os tempos de interrupção do serviço de distribuição de energia, quer o número de clientes afectados. A redução de Energia Não Fornecida (ENF) por utilização de IT s conduz à melhoria da qualidade técnica de serviço da rede de distribuição. O benefício gerado pelo investimento na instalação de IT s apresenta-se quantificado pelo produto da redução de ENF pela correspondente valia unitária. Consideram-se as situações quer de rede exclusivamente radial (alimentação por uma única SE), quer de rede provida de bi-alimentação por duas SE s. Apresenta-se na Fig. 1 o esquema geral da rede considerada, indicando-se os pontos de abertura/fecho, para instalação de IT s. A cada um dos troços do circuito de comprimento L i (i = 1, 2,, ), encontra-se associada a correspondente potência (i = 1, 2,, ). P SE A 1 P 1 P 2 L 2 P S SE B L 1 L 2 L Situação Actual: Situação Esperada: Seccionadores instalados nos pontos 2,, da rede IT s instalados nos pontos 2 e da rede Seccionador instalado no ponto da rede Obs 1. Em ambas as situações, o ponto 1 da rede corresponde ao aparelho de protecção da saída (disjuntor) instalado na Subestação, SE. Obs 2. - Caso 1: Rede Radial (SE B inexistente). - Caso 2: Rede Bi-Alimentada (SE A e SE B em serviço), com malha aberta em S. - Caso : Rede Bi-Alimentada (SE A e SE B em serviço), com malha aberta no ponto. Fig. 1 - Rede considerada. Os casos 2 e apresentados na Fig. 1 correspondem à existência de bi-alimentação, por parte de duas SE s. No caso 2, a Rede encontra-se totalmente alimentada a partir de uma das subestações (SE A ), servindo a outra de recurso. No caso, ambas as subestações alimentam a Rede, existindo um ponto de abertura de malha na linha principal. A redução de ENF efectua-se com base nos valores de ENF calculados quer para a Rede na Situação Actual (ENF Actual ), quer para a Rede na Situação Esperada (ENF Esperada ). 602

3 Considera-se a seguinte nomenclatura: ENF : Energia Não Fornecida, em kwh.ano -1 n : Número de ligações com possibilidade de isolamento para reparação de avarias λ i : Taxa de avarias da rede associada ao troço i, em avaria.km -1.ano -1 L i : Comprimento total da rede associada ao troço i, em km : Potência total fornecida à rede associada ao troço i, em kw t Loc i : Tempo médio de localização da avaria e isolamento da rede associada ao troço i, em horas.avaria -1 t Rep i : Tempo médio de reparação da avaria e restabelecimento do serviço da rede associada ao troço i, em horas.avaria -1 sendo, e, P Ponta i : Potência de ponta da rede associada ao troço i, em kw = P média i x FS i (1) P média i = α i x P ponta i (2) P média i : Potência média total da rede associada ao troço i, em kw FS i α i : Factor de simultaneidade, da rede associada ao troço i, em p.u.. : Factor de carga do diagrama de cargas, da rede assoc. ao troço i, em p.u. ( i = 1, 2,..., n ), sendo n = no caso da Fig Rede Radial (Caso 1) A expressão da Energia Não Fornecida (ENF) ligada com a Rede da Fig. 1 (Caso 1), escreve-se na forma: ENF Actual = λ 1 L 1 ( t Loc 1 + λ L ( t Loc + t Rep1 λ 2 L 2 ( t Loc 2 + t Rep P λ L ( t Loc + t Rep 2 + t Rep P ) () ENF Esperada = λ 1 L 1 ( t Loc 1 + λ L ( t Loc + t Rep 1 λ 2 L 2 ( t Loc 2 + t Rep 2 + t Rep P λ L ( t Loc P + t Rep P ) () ou, em termos matriciais, 60

4 ENF k = [ λ 1 L 1 t Loc 1 λ 2 L 2 t Loc 2 λ L t Loc λ L t Loc ]. A k. + P 1 P 2 P P + [ λ 1 L 1 t Rep 1 λ 2 L 2 t Rep 2 λ L t Rep λ L t Rep ]. B k. (5) P 1 P 2 P com k = Actual, Esperada P A Actual = B Actual = (6) A Esperada = B Esperada = B Actual (7) Rede Bi-Alimentada com Malha Aberta numa Extremidade da Linha Principal (Caso 2) Considera-se que toda a Rede se encontra alimentada a partir de uma das SE s, funcionando a outra apenas como recurso, Fig. 1 (Caso 2). A expressão da Energia Não Fornecida (ENF) escreve-se: ENF Actual = λ 1 L 1 ( t Loc 1 + λ L ( t Loc + t Rep1 P 1 λ 2 L 2 ( t Loc 2 + t Rep P λ L ( t Loc ENF Esperada = λ 1 L 1 ( t Loc 1 P 1 + t Rep 1 P 1 λ 2 L 2 ( t Loc 2 + λ L ( t Loc + t Rep 2 + t Rep P ) (8) + t Rep 2 + t Rep P λ L ( t Loc P + t Rep P ) (9) ou, em termos matriciais, conforme (5) sendo A k e B k expressas por: 60

5 A Actual = B Actual = (10) A Esperada = B Esperada = B Actual (11). Rede Bi-Alimentada com Malha Aberta num Ponto da Linha Principal (Caso ) Considera-se que cada uma das SE s alimenta uma parte da Rede, existindo um ponto de abertura na linha principal, em regime normal de exploração, Fig. 1 (Caso ). A expressão da Energia Não Fornecida (ENF) escreve-se: ENF Actual = λ 1 L 1 ( t Loc 1 + λ L ( t Loc + t Rep1 P 1 λ 2 L 2 ( t Loc 2 ENF Esperada = λ 1 L 1 ( t Loc 1 P 1 + t Rep 1 P 1 λ 2 L 2 ( t Loc 2 + λ L ( t Loc + t Rep 2 + t Rep P λ L ( t Loc P + t Rep P ) (12) + t Rep 2 + t Rep P λ L ( t Loc P + t Rep P ) (1) ou, em termos matriciais, conforme (5) sendo A k e B k expressas por: A Actual = B Actual = (1) A Esperada = B Esperada = B Actual (15) 605

6 5. Benefício Gerado pelo Investimento A Redução de Energia Não Fornecida ( ENF) na rede de distribuição, obtém-se a partir de: ENF Actual ENF Esperada ENF = ENF situação actual - ENF situação esperada (16) : Valor da Energia Não Fornecida Actual (Rede exclusivamente com Seccionadores), em kwh.ano -1 : Valor da Energia Não Fornecida Esperada (Rede com Seccionadores e IT s), em kwh.ano -1 Uma vez determinados os valores de Redução da Energia Não Fornecida ( ENF) com base nos valores da ENF para cada uma das situações consideradas e tendo em conta a valia unitária referente à Redução de ENF [1, 2, 5], obtemos o correspondente Benefício: Benef. ENF = ENF x Valia ENF escudos.ano -1 (17) Benef. ENF : Benefício de Redução de Energia Não Fornecida, em escudos.ano -1 Valia ENF : Valia unitária de Redução de Energia Não Fornecida, em escudos.kwh Conclusões A Energia Não Fornecida (ENF) numa rede eléctrica de média tensão exprime-se pela soma de dois termos influenciados pela topologia da rede, pelo posicionamento e tipo de aparelhos de manobra instalados, a qual se exprime por dois operadores matriciais A e B, equação (5). Um dos termos encontra-se associado aos tempos de localização de avarias e à respectiva matriz A; o outro, está associado aos tempos de reparação de avarias e restabelecimento do serviço e à correspondente matriz B. A redução de ENF por colocação de IT s numa rede radial obtém-se por introdução de esparsidade na matriz A, conforme equações (6) e (7). Numa rede bi-alimentada a energia não fornecida é naturalmente menor que numa rede radial, atendendo à maior esparsidade da matriz B. A utilização de IT s numa rede bi-alimentada permite obter redução de ENF por incremento da esparsidade da matriz A, conforme equações (10) e (11) ou (1) e (15). O método apresentado foi ilustrado por meio de uma rede constituída por quatro troços sendo facilmente compreensível a sua utilização para um número n de troços. A sua utilização analítica torna-se no entanto demasiado pesada e susceptível de enganos. Com vista a facilitar o cálculo expedito de redução de ENF por posicionamento de IT s em redes de média tensão, foi desenvolvida uma aplicação informática em folha de cálculo Excel para utilização em computador pessoal, designada por ENFORE. Para utilização da referida aplicação informática o utilizador deverá numerar sequencialmente o início dos troços da rede em estudo, introduzindo numa tabela de 606

7 dados de entrada os comprimentos, as potências de ponta, os factores de carga do diagrama anual, os factores de simultaneidade, as taxas de avaria, os tempos de localização e de reparação de avarias, associados a cada um dos troços da rede, bem como o posicionamento dos IT s. Uma vez introduzidos os referidos dados o programa executa um cálculo automático, disponibilizando imediatamente o resultado ao utilizador. Referências [1] R. Ghajar, R. Billinton, Evaluation of the Marginal Outage Costs in Interconnected and Composite Power Systems, May 1995, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.10, No.2 [2] SLE-TCPL,. Metodologia dos Estudos de Planeamento de Redes, Jornadas de Planeamento de Redes - CDSTB, Maio de 1995, Setúbal. [] EDP-SIRED, Guia Técnico de Planeamento, Agosto de 1995, Lisboa. [] José António Martins, António Luís Godinho, Posicionamento de Dois IT s entre Duas SE s, DT 01/97/BJATC-PL, Fevereiro de 1997, Beja. [5] EDP - GTASCI, Manual Técnico do ASCI(D) - Sistema de Análise, Selecção e Controlo de Investimentos da Distribuição, Abril de 1997, Lisboa. [6] EDP - GTASCI, Guia Prático do REBATE - Programa de Cálculo de Apoio ao Dimensionamento de Redes BT, Outubro de 1997, Lisboa. [7] José António Martins, António Luís Godinho, Redução de ENF por Utilização de IT s, DT 01/98/BJATC-PL, Fevereiro de 1998, Beja. [8] EES-UETP, Electrical Power Quality, March 0 - April, 1998, Lisbon. 607