REVISTACIENTIFICAMULTIDISCIPLINARNUCLEODOCONHECIMENTO

Religador self-healing

DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/self-healing
4/5 - (3 votes)

CONTEÚDO

ARTIGO ORIGINAL

CASSOLE, Luiz Carlos [1], VARGAS, Francisco Javier Triveño [2]

CASSOLE, Luiz Carlos. VARGAS, Francisco Javier Triveño. Religador self-healing. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 12, Vol. 01, pp. 73-86. Dezembro de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/self-healing, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/self-healing

RESUMO

As redes inteligentes são cada vez mais apontadas como grande parte da resposta para combater as alterações climáticas e a dependência de combustíveis fósseis. Entretanto, para que essa promessa de flexibilidade seja atendida, as redes inteligentes devem apresentar capacidades de auto reconfiguração (self-healing) que garantam a ligeira recuperação de falhas. Sistemas elétricos tradicionais são unidirecionais e, normalmente, apenas uma única linha alimenta um bairro ou bloco da cidade. Se o fornecimento falsear devido a, por exemplo, uma descarga atmosférica, causando danos em alguma linha, os consumidores e as empresas situadas na área afetada ficarão sem energia até que a mesma seja reparada. Assim, as redes inteligentes são capazes de superar este tipo de problema por meio do uso de linhas de distribuição bidirecionais e topologias que asseguram o fornecimento de energia a uma área a partir de várias ramificações alternativas da rede. Isto favorece o desempenho da rede com a capacidade de auto reconfiguração (self-healing). Caso uma falha seja ocasionada em uma determinada linha, a energia poderá ser redirecionada por meio de um caminho diferente invertendo o fluxo de eletricidade, se necessário.

Palavras-chave: Self-Healing, ramificações, energia.

INTRODUÇÃO

Para regulamentar o Sistema elétrico Brasileiro foram criados órgãos reguladores, como a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), em dezembro de 1996.

A ANEEL é responsável por diversas atividades que garante que o setor elétrico se desenvolva com equilíbrio e em benefício da sociedade (ANEEL, 2019). A ANEEL é responsável pela concessão, permissão e pela autorização de instalações e serviços de energia elétrica, além de garantir a qualidade de serviço e exigência em investimentos por parte das concessionárias.

Com a criação dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) no final de 2008, o sistema de distribuição de energia elétrica era orientado pela forma de resoluções, que apenas indicava as diretrizes para as concessionárias. Com a criação do PRODIST, as concessionárias passaram a responder por uma série de índices e indicadores que mostram a qualidade do serviço prestado, tais como DEC, FEC, DIC, FIC, entre outros.

As condições observadas para avaliar a qualidade de serviço de distribuição de energia elétrica estão ligadas diretamente a continuidade do serviço e tempo de restabelecimento.

Para a concessionária qualquer interrupção na distribuição de energia elétrica gera uma despesa significativa para a mesma, com isso as concessionárias têm que solucionar o problema o mais rápido possível, para não ser penalizada pelo órgão regulamentador.

Além disso, há os custos envolvidos com as equipes de manutenção, para percorrer o trecho defeituoso e sanar o problema. Também, os custos relativos às manobras de fechamento e abertura de chaves não telecomandadas, que tem o objetivo de minimizar o número de clientes atingidos com a falha da rede de distribuição. Dentro deste mercado competitivo e regulamentado, a automação de rede de distribuição surge como um recurso para reduzir os custos operacionais e diminuir o tempo de descontinuidade de fornecimento de energia elétrica.

Com a vinda de equipamentos telecomandados de rede de distribuição, facilitou a configuração de modo remoto, com isso um defeito que era resolvido em 60 minutos, com estes equipamentos que realizam manobra e seccionamento remotamente, o defeito muitas vezes pode ser resolvido em segundos, com isso as concessionárias melhoraram seus índices. Esta atividade pode ser conduzida com pequena ou nenhuma intervenção humana e tem o objetivo de minimizar as interrupções de serviço e evitar a deterioração da confiabilidade do sistema.

Neste artigo será apresentado o conceito de Religador Self-healing mostrando sua capacidade de detectar, isolar e se recompor automaticamente após a ocorrência de uma falta de energia elétrica. Assim expondo sua eficiência no restabelecimento do setor atingido.

REGULAMENTAÇÃO DO SETOR ELÉTRICO

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) é responsável por normatizar as políticas e diretrizes do fornecimento de energia elétrica à sociedade, e faz a mediação de conflitos entre as concessionárias do setor, ainda cabe proporcionar condições para que o mercado de energia elétrica se desenvolva com equilíbrio entre as concessionárias e em benefício da sociedade. Junto com a delegação do ministério de minas e energia (MME), a ANEEL tem o direito de explorar serviços de geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica. A ANEEL de acordo com o estabelecido em lei é quem define as tarifas de energia.

A distribuição de energia é a entrega da energia elétrica para o cliente final, isto é, a parte do sistema que se inter-relaciona com o consumidor.

No início o fornecimento de energia era adequado mesmo sem tanta tecnologia. Atualmente, os consumidores estão cada vez mais exigentes, devido a necessidade da energia elétrica para serviços e bem-estar.

O sistema de distribuição de energia elétrica era orientado por resoluções, que apenas indicava as diretrizes para as concessionárias.

Segundo ANEEL (2014) o PRODIST são documentos que normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. Tais documentos são elaborados pela ANEEL que conta com a participação dos demais agentes relacionados à distribuição de energia elétrica no Brasil. Sob os indicadores de continuidade, alguns limites são estabelecidos pela ANEEL. Assim, caso estes limites sejam violados, a distribuidora tem o dever de compensar a unidade consumidora financeiramente, na qual, geralmente, essa compensação é automática, tendo um prazo de pagamento de até dois meses após o mês de apuração do indicador.

A fiscalização do cumprimento dos indicadores de continuidade é uma atribuição da Superintendência de Fiscalização dos Serviços de Eletricidade (SFE). Caso a distribuidora não pague as compensações devidas aos consumidores, esta será submetida a penalidades previstas na Resolução nº. 63/2004, e poderá receber multa, de acordo com a avaliação da equipe de fiscalização, definida pela diretoria colegiada da Agência. Até o ano de 2009, a compensação financeira, pela transgressão dos indicadores de continuidade se dava pela violação dos indicadores coletivos. A legislação vigente utiliza como parâmetro a violação do limite de continuidade individual.

Visando manter a qualidade na prestação do serviço público de distribuição de energia elétrica, a ANEEL exige que as distribuidoras mantenham um padrão de continuidade e, para tal, edita limites para os indicadores coletivos e individuais, tais como.

Indicadores individuais de continuidade

  • Duração de interrupção individual por unidade consumidora (DIC): corresponde à um Intervalo de tempo que, no andamento de apuração, em cada unidade consumidora ou ponto de conexão, ocorreu uma interrupção na continuidade da distribuição de energia elétrica;
  • Frequência de interrupção individual por unidade consumidora (FIC): Número de interrupções ocorridas, no andamento de apuração, em cada unidade consumidora ou ponto de conexão;
  •  Duração máxima de interrupção contínua por unidade consumidora ou ponto de conexão (DMIC): Tempo máximo de interrupção contínua de energia elétrica, em uma unidade consumidora ou ponto de conexão;
  • Duração da interrupção individual ocorrida em dia crítico por unidade consumidora ou ponto de conexão (DICRI): duração de cada interrupção ocorrida em dia crítico, para cada unidade consumidora ou ponto de conexão.

Indicadores Coletivos de Continuidade

  • Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (DEC): Indica o número de horas em média que um consumidor fica sem energia elétrica durante um período, geralmente mensal.
  • Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (FEC): Indica quantas vezes, em média, houve interrupção na unidade consumidora (residência, comércio, indústria etc.).

APLICAÇÃO DE RELIGADORES AUTOMÁTICOS NA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Os religadores automáticos são reconhecidos pelas concessionárias de energia, a nível mundial, como um equipamento essencial que atua de modo a alcançar seu objetivo principal em estender ao máximo a continuidade do serviço do fornecimento de energia aos clientes, de maneira simples e econômica. Deste modo, os mesmos atuam com sensoriamento e interrupção de corrente de falta automática, reparando a distribuição elétrica no caso de uma falta momentânea.

O religador de circuitos automáticos é um equipamento fundamental com inteligência integrada voltada ao sensoriamento de corrente, na qual interrompe as correntes de falta e, para reenergizar as linhas, executa um religamento automático.

Seu princípio de funcionamento se baseia na detecção automática de falha na rede elétrica, interrompendo o circuito elétrico temporariamente. Tais dispositivos possuem sistema interno de extinção do arco elétrico similar aos disjuntores. O início do ciclo de operação do religador é ao detectar uma situação de sobrecorrente suficiente para que ocorra a abertura o envio do sinal de comando de abertura para o mecanismo de operação. Após a abertura do mecanismo a função de religamento automático é acionada efetuando o fechamento. Caso o defeito no circuito seja passageiro o equipamento permanece fechado deixando assim o circuito energizado, porém caso a falta seja permanente e o equipamento detecte novamente a sobrecorrente no circuito ocorre a segunda abertura do mecanismo. A partir deste momento o religador pode permanecer aberto e bloquear o seu religamento identificando o defeito como permanente, ou dependendo da configuração do número de tentativas de religamento o equipamento pode efetuar a tentativa de fechamento de acordo com o parâmetro ajustado. Na sequência pode-se observar o ciclo de operação de um religador programado para efetuar três religamentos.

Figura 1. Ciclo de operação de um religador programado

Fonte: autor.

Neste caso o que ocorre é que a falta identificada é permanente, sendo assim o religador efetua as tentativas de fechamento e ao executar o número de religamentos que está programado executa o bloqueio da operação e indica que o equipamento não executará mais nenhuma operação.

SISTEMA DE RECOMPOSIÇÃO AUTOMÁTICA SELF HEALING

Segundo Ohara (2009), o sistema de recomposição automática self healing, é executado por meio de dispositivos de manobras conectados entre si.  Tais dispositivos podem ser chaves tripolares sob carga ou religadores. Na ocorrência de um defeito, o sistema identifica o trecho, isola-o e recompõe o maior número de clientes possíveis utilizando fontes alternativas de subestações interconectadas.

O funcionamento do sistema de recomposição automática ocorre em duas etapas: inicialmente o trecho no qual ocorre a falta é isolado e, em seguida, recompõe-se o sistema.

Conforme Ohara (2009).

a) Isolamento da falta: Para isolar a falta o sistema terá um comportamento diferente quando o equipamento presente na rede é um religador ou uma chave.

Quando o trecho com defeito estiver localizado após um religador, este equipamento irá efetuar a abertura e isolar o trecho. Se a falta ocorre após uma chave, o agente irá detectar a sobrecorrente e repassar a informação para o agente acoplado a chave. Após o disjuntor do alimentador efetuar as operações e permanecer desligado, o agente da chave irá comandar a abertura dessa chave e repassar a informação para os outros agentes. A chave não deve operar sob condições de abertura de curto-circuito.

b) Recomposição Automática do Sistema:

Após o isolamento da falta, cada agente envia aos demais as informações sobre a ocorrência. Considerando as informações dos agentes adjacentes, cada um tomará a decisão de fechar o religador ou chave sob carga, restabelecendo a tensão no trecho. A decisão de fechar a chave ou religador segue as seguintes regras:

  • a falta não pode estar no trecho recomposto;
  • o trecho a ser recomposto é transferido para outro alimentador, porém este não pode ficar sobrecarregado. Antes da transferência é imprescindível a verificação da carga. Caso a recomposição sobrecarregue o alimentador, e considerando que exista uma outra alternativa para execução da recomposição, o sistema irá fechar a chave conectada ao alimentador alternativo.

Figura 2. Auto recomposição de circuito

Fonte: autor

Este processo caracteriza o conceito de Self-healing, pois conduz, de forma automática, a recomposição do maior número possível de cargas do sistema.

Segundo o fornecedor do sistema, o tempo estimado de recomposição, é de 26 segundos. Inferior, portanto, ao tempo mínimo para que a Aneel contabilize o tempo de interrupção para cálculos dos indicadores DEC e FEC (3minutos). A recomposição manual, feita por um despachante no Centro de Operações, levaria em torno de 30 minutos para isolar e recompor a falta. Com o Sistema de Recomposição Automática haveria redução de registro dos indicadores DEC e FEC. Somente os consumidores do trecho D a E contariam na apuração dos indicadores, enquanto a atuação manual, mesmo que remota, ocasionaria registros em todo o trecho alimentado pela fonte 2 até o religador no ponto C.

A definição sobre a melhor opção para as transferências de cargas, após a ocorrência de contingência, usando os equipamentos telecomandados, se dá em funções e restrições definidas.

As seguintes funções e restrições foram definidas para as análises de transferência de carga:

  • Restabelecer a energia para o maior número de consumidores;
  • Realizar o número mínimo necessário de operações de comutação para as transferências de carga;
  • Minimizar o número de consumidores interrompidos por ano;
  • Manter a operação radial dos sistemas;
  • Não permitir sobrecarga, superior ao percentual permitido, nos elementos pertencentes às redes de distribuição;
  • Não permitir violação dos ajustes de proteção;
  • Não permitir violação de faixa de tensão admissível nas redes primárias.

CONCLUSÃO

O sistema de distribuição de energia é de suma importância para a sociedade como um todo, atendendo a objetivos comerciais e sociais, o desenvolvimento de um projeto Self-healing aliado a instalação correta de religadores em pontos estratégicos permite que a concessionária venha obter um restabelecimento automático mais rápido em caso de desligamento, levando em conta o carregamento (carga) e a tensão dos setores minimizando o número de clientes afetados, reduzindo os indicadores e o risco das equipes em campo.

Com relação ao fornecimento de energia elétrica o sistema de distribuição de energia é essencial para a sociedade como um todo, atendendo a objetivos industriais, comerciais e residenciais. Em relação ao fornecimento de energia as reguladoras (ANEEL) apertam as concessionárias na busca de soluções para evitar falta na continuidade de energia elétrica. O sistema Self-healing oferece todos os mecanismos para atender aos requisitos da ANEEL e garantir uma maior qualidade nos serviços.

A particularidade do sistema de distribuição que é composta por um sistema aéreo convencional que por inúmeros caso possa a vir a ser interrompidas. É necessário investimentos e tecnologia para minimizar e agilizar quando há um problema na rede de distribuição (Defeito).

Os índices relativos à continuidade do fornecimento de energia elétrica é diretamente afetada pelo tempo e quantidade de consumidores atingidos em caso de defeito no sistema elétrico. O tempo que a concessionária possui para o restabelecimento de energia é relativamente curto comparando-se com a extensão do sistema de distribuição, sendo assim a automação da rede torna-se fator determinante para que a concessionária possa eliminar e restabelecer os defeitos que ocorrem na rede de distribuição. Com a evolução da tecnologia digital a possibilidade de instalação de equipamentos inteligentes tanto na subestação como na rede representa uma melhora. Tais equipamentos como religadores, seccionadoras, identificadores de falta facilitam a operação do sistema de distribuição, porém acrescentam um número grande de informações que devem ser tratadas tradicionalmente pelos operadores.

O sistema de diagnóstico de faltas é utilizado para classificar, localizar, detectar os distúrbios que ocorrem na rede. Dependendo do nível de automação da rede, com equipamentos de proteção distribuídos é possível que o sistema de proteção já isole a falta automaticamente no menor trecho possível, restando identificar os equipamentos que não podem ser manobrados e restabelecer o restante do alimentador. Já em situações em que não há quantia considerável de equipamentos inteligentes distribuídos é necessário o desenvolvimento de um sistema de diagnóstico que utiliza as informações de corrente e tensão diretamente do equipamento instalado na subestação.

Sabe-se que a solução com automação é claramente melhor, pois com tomada de decisões centralizadas sem dependência de ação manual, os equipamentos analisam e se auto reconfiguram tornando a recomposição muito mais eficientes.

REFERÊNCIAS

ANEEL. Agência Nacional De Energia Elétrica. Disponível:<http://www.aneel.gov.br >. Acesso em 25 de maio de 2020.

ANEEL. Agência Nacional De Energia Elétrica. Disponível:< http://www.aneel.gov.br/aneel-essencial/-/asset_publisher/c4M6OIoMkLad/content/o-que-a-aneel-faz- >. Acesso em 25 de maio de 2019.

ANEEL. Agência Nacional De Energia Elétrica. Disponível em: https://www.aneel.gov.br/indicadores-coletivos-de-continuidade, acesso em 09 de outubro de 2020.

ANEEL. Agência Nacional De Energia Elétrica. Disponível:< https://www.aneel.gov.br/qualidade-do-servico2>. Acesso em 30 de novembro de 2020

ANEEL. Dia do Consumidor: Ações da ANEEL levam a melhora no fornecimento de energia elétrica no país em 2018. Disponivel em :<http://www.aneel.gov.br/sala-de-imprensa-exibicao/-/asset_publisher/XGPXSqdMFHrE/content/dia-do-consumidor-acoes-da-aneel-levam-a-melhora-no-fornecimento-de-energia-eletrica-no-pais-em-2018/656877?inheritRedirect=false>. Acesso em:27 de maio de 2020.

ANEEL. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST: módulo 8 – qualidade da energia elétrica. Disponível em: < http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=82 >. Acesso em: 27 de maio de 2020.

ANEEL. Qualidade no serviço de distribuição. Disponível:<https://www.aneel.gov.br/qualidade-do-servico2>. Acesso em 26 de agosto de 2020.

ANEEL. Resolução Normativa Nº 414. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2010414.pdf  Acesso em 14 de junho de 2020

HECK, G. et al. Integração da rede de automação da distribuição com a rede corporativa. Revista O Setor Elétrico, São Paulo, ed. 81, out. 2012. Disponível em: < http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-revista/961-integracao-da-rede-deautomacao-da-distribuicao-com-a-rede-corporativa.html >. Acesso em: 10 agosto. 2020.

NOJA POWER. Disponível em:  https://www.nojapower.com.br/press/2012/self-healing-chave-atender-promessa-redes-inteligentes-futuro.html. acesso em 22 de setembro de 2020

OHARA, A. T. Sistema de Recomposição Automática de Redes de Distribuição – A aplicação do conceito de Self-Healing. IN: Anais do VI CIERTEC 2009 – Seminário Internacional sobre Smart Grid em Sistemas de Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica. Belo Horizonte, Minas Gerais: 2009. Acesso em:27 de maio de 2020.

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA. Sistema De Proteção Com Auto-Restauração (Self Healing) Disponível em: FILHO https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/auto-retauracao-self-healing.pdf Acesso em 22 de setembro de 2020.

[1] Graduação em Engenharia Elétrica.

[2] Orientador.

Enviado: Novembro, 2020.

Aprovado: Dezembro, 2020.

4/5 - (3 votes)

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado.

DOWNLOAD PDF
RC: 67209
Pesquisar por categoria…
Este anúncio ajuda a manter a Educação gratuita
WeCreativez WhatsApp Support
Temos uma equipe de suporte avançado. Entre em contato conosco!
👋 Olá, Precisa de ajuda para enviar um Artigo Científico?