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O uso de proteção avançada para redes radiaisf_{, onde chaves religadoras são alocadas}

em pontos distantes da subestação, permite a extinção de falhas temporárias sem afetar todo o alimentador, e no caso de falhas permanentes isola uma porção menor deste (APOSTOLOV et al., 2005). De acordo com Sandez e Tarchini (2002), se forem consideradas uma taxa de falha constante e cargas uniformemente distribuídas, a alocação de uma religadora no meio do alimentador reduz a Energia Não Suprida (ENS) em 25%.

Chaves automáticas, como as que aparecem na Figura 7, podem abrir e fechar o circuito por ação de seus relés locais, ou serem controladas a partir do Centro de Operação da Distribuição (COD) via um canal de comunicação. Muitas dessas chaves já possuem equipamentos para aquisição de dados de tensão e correntes, que transmitidos ao COD pela Unidade Terminal Remota (UTR) permitem o monitoramento em tempo real do carregamento ao longo do alimentador.

Figura 7. Dois exemplos de chaves automáticas montadas em poste com UTR.

A automação de circuitos em anel aberto é o tipo de configuração mais empregada nas empresas que adotam automação em suas redes. O circuito em anel, ou loop, diminui as áreas afetadas por faltas quanto maior o número de chaves, ou menor o trecho entre elas. O esquema é baseado em um circuito com duas fontes de alimentação e um ponto normalmente aberto (NA), como esquematizado na Figura 8. Os alimentadores interligados podem partir de uma mesma SE ou de SEs diferentes. O primeiro caso confere menor confiabilidade, pois caso haja uma falha na própria SE ambos os alimentadores ficarão sem suprimento.

Figura 8. Esquema de chaves automáticas em anel aberto.

As chaves automáticas possuem relés de detecção de sobrecorrente (curto-circuito) e de falta de tensão, e podem trabalhar tanto normalmente fechadas quanto normalmente abertas. Dependem de um meio de comunicação para coordenarem a configuração das chaves mais adequada a cada situação, e agilizar a isolação do trecho com falha e recomposição dos trechos sob falta. A topologia de comunicação pode ser variada, assim como o gerenciamento do sistema, que pode ser centralizado, distribuído ou misto (Apêndice A).

No exemplo da Figura 8 existem seis zonas de proteção independentes, e caso os condutores sejam dimensionados para atender a todas elas é possível se obter a máxima eficiência do sistema. Na ocorrência de uma falha permanente, apenas o trecho entre duas chaves é imediatamente isolado para aguardar reparo, com as cargas a montante do trecho

avariado sendo restabelecidas após o seccionamento, e as a jusante sendo transferidas para o outro alimentador. Também podem ser usadas funções de religamento automático para evitar desligamentos por falhas temporárias, o que torna o esquema muito confiável e garante níveis mínimos para os indicadores de continuidade do conjunto. Este é o sistema ideal para proteção de clientes importantes como zonas industriais, centros hospitalares ou áreas comerciais. Em (LEHTONEN et al., 2001) é apresentado um modelo para localização, isolação e restauração de falhas em redes de distribuição de média tensão, que integra medidas adquiridas pelo sistema SCADA com dados georeferenciados da rede, por meio de AM/FM.

Esquemas de automação em anel também podem ser aplicados para realizar o balanceamento de carga entre os dois alimentadores, com o objetivo de redução de perdas de energia nos condutores e no transformador da subestação, ou para alívio de sobrecarga. As perdas de energia nos alimentadores de distribuição são basicamente devido ao efeito Joule, dissipando potência nos cabos sob forma de calor em função do quadrado da corrente elétrica que os percorre. Logo, quanto maior o carregamento dos alimentadores, muito maior será a perda do sistema.

Então, com a possibilidade de realizar a manobra de transferência de carga entre alimentadores por meio do chaveamento automático, é possível a redução de perdas elétricas em tempo real. Em um estudo de caso feito por Dondi et al. (2001) a economia com o balanço de carga varia de 10 a 60 mil Euros por ano por par de alimentador automatizado. Assim, os benefícios da minimização de perdas já seriam suficientes para justificar o investimento em um esquema de automação deste tipo, com um tempo de retorno menor do que três anos.

A transferência de carga com finalidade de redução de perdas segue as mesmas premissas que o restabelecimento de faltas, ou seja, não pode haver violação dos limites de tensão nos pontos de carga, nem de corrente nos cabos. Com isso, os pontos candidatos a receberem chaves automáticas continuam sendo os mesmos.

A principal influência no carregamento dos alimentadores ao longo do dia, e consequentemente nas perdas acumuladas, é o tipo de consumidor conectado e o seu perfil de consumo. Consumidores dos tipos comercial e industrial têm demanda maior durante o horário de trabalho, geralmente das 8 às 19h, já consumidores residenciais concentram sua demanda ao anoitecer, entre 18 e 22h. A soma dos perfis de consumo diário resulta no carregamento do alimentador (Figura 9).

1 4 7 10 13 16 19 22 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Ca rg a % Hora do _dia Residencial Industrial/Comercial Total

Figura 9. Perfis de consumo simplificados em dois níveis.

A Figura 9 apresenta dois perfis de consumo, um com a característica de consumo residencial e outro com o tipo industrial e/ou comercial, simplificados em dois níveis, que compõem a curva de carregamento total do alimentador com três níveis. Nesta figura pode-se perceber que o alimentador opera por pouco tempo com o carregamento máximo, e que existe uma clara distinção entre a demanda dos tipos de consumidores.

Supondo que dois alimentadores com possibilidade de interligação (chave NA) tenham um perfil de consumo distinto, por exemplo, um distribui energia em um centro comercial e o outro em um bairro residencial. Seria interessante que durante o dia parte das cargas comerciais fossem repartidas com o alimentador de predominância residencial, e a noite ocorresse o contrário, com cargas residenciais sendo transferidas para o alimentador de predominância comercial (Figura 10). Assim, as perdas elétricas seriam minimizadas, e os alimentadores e as respectivas SEs poderiam operar por um horizonte de tempo maior sem reforços ou ampliações, mesmo com um crescimento da carga.

A Figura 10 representa o balanço de carga entre dois alimentadores em três períodos do dia. O sistema opera com carregamento mínimo das 0 às 7 horas, e os alimentadores repartem as cargas com a chave NA em sua posição original (entre duas NFs). Com o início do horário de trabalho, a partir das 7h, as cargas C3 e C4 são transferidas para a SE2, e o sistema opera desta forma até às 18h, quando a carga residencial aumenta e a comercial diminui. A partir das 18h ocorre a transferência das cargas C3 e C4 de volta para a SE1, mais as cargas residências R4 e R3, para minimizar as perdas no alimentador e transformadores da SE2.

Figura 10. Balanço de carga entre alimentadores.

Mesmo operando para realizar o balanço de carga as chaves automáticas podem continuar funcionando também como equipamentos de proteção, com o objetivo de isolarem falhas e restabelecer seções sob falta nos alimentadores automaticamente, desde que recebam a configuração para os relés em função das diferentes posições das chaves NFs e NAs ao longo dia.

Quanto à possibilidade de realização deste balanço de carga, Camargo et al. (2006) demonstram que transitórios de tensão e de corrente resultantes de manobras de paralelismo entre dois alimentadores derivados de transformadores diferentes, pertencentes à mesma subestação, é uma manobra que pode ser executada sem qualquer risco, e simulações apontam que o comportamento no caso de subestações diferentes é similar. A situação só se torna crítica quando existe uma diferença angular muito grande entre os extremos da chave NA, o que não é comum em sistemas de distribuição. Já Bernardon (2007) apresenta uma metodologia para análise da viabilidade técnica dos paralelismos nas redes de distribuição atendidas por subestações de diferentes fontes através do uso do programa ATP (Alternative Transient Program). Em (PONCE et al., 2008) é demonstrada a experiência com o funcionando de alimentadores em anel fechado, interligados continuamente, com religadores acionados por relés com dupla função direcional sem telesupervisão. Nesse caso, uma equipe de manutenção deve proceder até o local para desbloqueio e fechamento do religador. É destacado que esse tipo de operação distribui melhor a carga, reduzindo a queda de tensão na hora da ponta do sistema, o que influencia na postergação de investimento de reforma na rede devido ao limite de queda de tensão ou de carregamento.

2.2.3 Nível 3: Integração Total – Sistema de Gerenciamento Automático da