Eletricidade: Localização e Isolamento de Faltas e Recomposição do Serviço em ambientes Smart Grid

Caio Kaipper Fernandes

A qualidade do suprimento de energia tem se tornado cada vez mais um ponto de grande relevância no âmbito energético mundial. Essencialmente, toda função crucial econômica e social de um país depende, direta ou indiretamente, da operação segura e confiável da sua infraestrutura de energia. Devido aos grandes custos e perdas financeiras geradas por interrupções não planejadas, consumidores têm exigido maiores índices de continuidade e disponibilidade das concessionárias. Isso implica, diretamente, maiores investimentos por parte das empresas do setor em soluções que diminuam a duração e a frequência de suas interrupções, aumentem seu desempenho, agreguem mais eficiência ao fornecimento e reduzam seus custos de manutenção.

Por meio do controle e análise das interrupções, os consumidores e a Aneel podem avaliar a qualidade do serviço prestado e o desempenho do sistema elétrico nacional. Segundo o módulo 8 do Prodist (Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Brasil, da Aneel), referente aos procedimentos relativos à qualidade de energia elétrica prestada no país, são calculados diversos indicadores de continuidade de energia que visam informar qual a frequência e duração, média ou individual, das interrupções de energia durante um período específico (mensal, trimestral ou anual). Assim, temos como principais indicadores:

DIC: informa a duração da interrupção individual, por unidade consumidora ou ponto de conexão, expresso em horas e centésimos de hora;

FIC: informa a frequência da interrupção individual, por unidade consumidora ou ponto de conexão, expresso em número de interrupções;

DEC: informa a duração equivalente da interrupção, por unidade consumidora, expresso em horas e centésimos de hora;

FEC: informa a frequência equivalente da interrupção, por unidade consumidora, expresso em número de interrupções e centésimos do número de interrupções;

DMIC: informa a duração máxima de interrupção contínua, por unidade consumidora ou ponto de conexão, expresso em horas e centésimos de hora.

Petróleo & Energia, Cronograma tradicional de reparo de corte de energia
Processo de Restauração de Faltas sem FLISR. Baseado em: ULUSKI, R. (2013) – Developing a Business Case for Distribution Automation

Uma solução de localização e isolamento de faltas e restauração de serviço – comumente chamada de FLISR (Fault Location, Isolation and Service Restoration) – é capaz de facilmente melhorar esses indicadores de energia. De fato, essa tecnologia pode transformar desenergizações de 50 a 80 minutos em eventos de apenas 1 a 5 minutos, que, em muitos casos, não caracterizaria uma infração, conforme o limite de 3 minutos regulado pela Aneel.

O método tradicional para localização de faltas consiste na total dependência de notificações de problemas, por parte dos consumidores, por meio de ligações telefônicas e mensagens SMS (trouble calls) para início do procedimento de restabelecimento do sistema. Só esse processo – que engloba a existência da falta elétrica, o recebimento dos chamados e a chegada das equipes ao local – implica a transcorrência de cerca de 30 minutos. Além disso, como as equipes de campo são despachadas sem nenhuma informação mais detalhada sobre o dano ao alimentador, e instruídas a percorrer toda a rede desde o início da linha, aproximadamente outros 30 minutos são gastos até se achar o problema.

Usando o método de erro e acerto para isolamento dos trechos passíveis de conterem o defeito, as equipes irão reenergizar o(s) alimentador(es) do sistema, verificando trecho a trecho, até obterem a confirmação de que, de fato, o trecho faltoso ficou abaixo do ponto de isolamento. Isso requer um grande tempo de testes e análises, representando uma ineficiência muito grande até a localização do defeito. Isso sem citar que cada teste de reenergização coloca em risco a vida das equipes locais de manutenção, assim como de toda a população ao se realimentar um ponto defeituoso da rede de energia urbana.

Dessa maneira, uma solução FLISR propõe prover uma metodologia que indique a provável localização da falta, além da rápida e segura restauração da rede. Dispensando grandes investimentos em hardwares de automação e controle, esse módulo de inteligência faz uso das informações já disponíveis no centro de controle, objetivando o melhor aproveitamento dos recursos existentes. Mediante o uso adequado dessas diversas funcionalidades auxiliares, como sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), AMI (Advanced Metering Infastructure), GIS (Geographic Information System) e OMS (Outage Management System), a solução alcança grande robustez e confiabilidade, pois obtém informações, em tempo real, dos equipamentos monitorados, eventos e dados dos medidores inteligentes de energia instalados nos consumidores de energia, informações geográficas e o cadastro elétrico dos equipamentos na rede, assim como o tratamento dos dados de ocorrência de falta.

Petróleo & Energia, Cronograma de reparo com FLISR
Processo de Restauração de Faltas com FLISR. Baseado em: ULUSKI, R. (2013) – Developing a Business Case for Distribution Automation

A atuação permanente de equipamentos de proteção telemedidos disponibiliza informações sobre o problema ocorrido ao FLISR, tais como a intensidade e o tipo da falta, além das atuações da proteção envolvida. Essas informações, somadas aos históricos de defeitos anteriores, permitem estimar valores reais de impedância de falta, tornando possível calcular o mais provável local de falha ao longo de cada trecho monitorado. Como resultado, tem-se todos os possíveis trechos de ocorrência do problema, incluindo a localização mais provável do defeito e os segmentos saudáveis passíveis de serem imediatamente recompostos. Além disso, destaca-se ainda o fato desses resultados poderem ser apresentados em uma interface georeferenciada GoogleMaps, por exemplo, facilitando a visualização da informação, a instrução e o despacho das equipes de campo.

Um equipamento que ajuda as equipes a localizar a falta e a separar facilmente as partes saudáveis da rede são os equipamentos chamados indicadores de passagem de falta (em inglês, FPIs). A instalação desses aparelhos em pontos estratégicos do alimentador possibilita monitorar a corrente específica daquele ponto e detectar faltas elétricas pela perda de tensão na linha e alto impulso de corrente detectado. Dessa maneira, a ocorrência de uma falta elétrica é imediatamente comunicada ao centro de controle do sistema com a sua localização.

Uma vez determinados os trechos suspeitos de falta no alimentador, o módulo provê a execução de um algoritmo que calculará uma série de manobras para desconectar essas zonas dos segmentos sadios e em condições de funcionamento, isolando o defeito. Em seguida, faz-se a análise de qual o melhor plano de restauração do sistema, baseando-se em diferentes aspectos, como o maior número de consumidores possíveis de restabelecimento, a maior quantidade de carga (MW) a ser restabelecida, a posição de consumidores prioritários e a quantidade de manobras necessárias para as execuções das reenergizações. Por conseguinte, torna-se possível a recomposição parcial da rede de maneira rápida e efetiva.

A ferramenta de simulação de fluxo de potência avalia todas as alternativas de recomposição calculadas de forma a garantir que nenhuma capacidade física seja violada devido à sequência de operações. Isso é de extrema importância, pois evita que possíveis sobrecargas futuras danifiquem a rede elétrica, como é o caso em que a demanda urbana por energia varia de acordo com as diferentes faixas de horários ao longo do dia.

Uma solução FLISR, portanto, propicia benefícios como a redução de custos com as equipes de campo devido à melhor assertividade das mesmas durante a busca por faltas na rede, o que implica maior eficiência e agilidade nas operações de manutenção. Também, graças às análises e tratamentos oferecidos pela ferramenta, é possível intertravar operações do centro de controle de forma a impedir que ocorram reenergizações indevidas em locais onde há equipes trabalhando. De fato, a sociedade como um todo acaba se beneficiando desse recurso, uma vez que se evitam situações de reenergização de defeitos em lugares públicos e movimentados.

Há também a obtenção de melhores indicadores de qualidade de energia, que representam menos penalidades impostas por órgãos regulamentares e clientes mais satisfeitos. Isso é obtido de duas formas diferentes. A primeira se deve ao melhor aproveitamento da infraestrutura da rede elétrica, propiciada pela rápida identificação e restauração dos trechos sadios passíveis de serem recompostos por caminhos alternativos, que reduz diretamente a frequência das interrupções de energia (levando em conta desenergizações com mais de 3 minutos). Já a segunda atinge a duração do tempo dessas interrupções, pois a solução permite uma diminuição considerável no tempo total para dar início ao reparo do problema, adiantando o restabelecimento dos consumidores em relação ao método tradicional. Por fim, obtém-se grande confiabilidade e controle na transferência de cargas devido à análise e estudo do modelo elétrico do sistema, garantindo segurança operativa e maiores benefícios financeiros.

Com o avanço de novas tecnologias e sistemas sendo implementados no setor elétrico, ocorre o aumento da granularidade das informações disponíveis aos centros de operações. Isso significa que as operações da distribuição podem se tornar a cada dia mais eficientes. E é justamente essa a proposta de um sistema FLISR. Concessionárias que possuem medidores inteligentes de energia e uma grande abrangência de sistemas e infraestruturas de comunicação estão aptas a dar um passo muito grande rumo à eficiência energética e operacional ao implantarem soluções inteligentes em seus sistemas. De fato, todo o âmbito econômico e social de um país acaba se beneficiando ao aderir aos sistemas inteligentes de energia FLISR.

Petróleo & Energia, Caio Kaipper Fernandes
Caio Kaipper Fernandes

Caio Kaipper Fernandes é engenheiro eletricista, graduado em 2013 pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Realizou um período de estudos, com duração de 1 ano, na área de engenharia elétrica no Instituto Politecnico di Torino, na cidade de Turim (Itália). Foi estagiário na Refinaria Alberto Pasqualini (Refap), do sistema Petrobras, tendo como principais atividades a especificação, programação e instalação de equipamentos para automação industrial, incluindo a montagem, testes e a realização de ajustes dos mesmos. Trabalha como engenheiro de energia júnior na empresa Elipse Software, desenvolvedora de diversas soluções para redes inteligentes aos segmentos de geração, transmissão e distribuição do mercado de energia. Atualmente, cursa MBA em Gestão Financeira, Controladoria e Auditoria na Fundação Getúlio Vargas.

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