estudo da medição inteligente para consumidores residenciais no

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i ESTUDO DA MEDIÇÃO INTELIGENTE PARA CONSUMIDORES RESIDENCIAIS NO BRASIL Mariana Torres Kup Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. Rio de Janeiro Março de 2015

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Page 1: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

i

ESTUDO DA MEDIÇÃO INTELIGENTE PARA CONSUMIDORES

RESIDENCIAIS NO BRASIL

Mariana Torres Kup

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de

Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Engenheiro.

Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.

Rio de Janeiro

Março de 2015

Page 2: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

ii

ESTUDO DA MEDIÇÃO INTELIGENTE PARA CONSUMIDORES

RESIDENCIAIS NO BRASIL

Mariana Torres Kup

PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO

DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRA

ELETRICISTA.

Examinado por:

___________________________________________________

Eng. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.

(Orientador)

___________________________________________________

Prof. Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing

(Examinador)

___________________________________________________

Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D.

(Examinador)

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARÇO DE 2015

Page 3: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

iii

Kup, Mariana Torres

Estudo da Medição Inteligente para consumidores

residenciais no Brasil/ Mariana Torres Kup. - Rio de Janeiro:

UFRJ/ Escola Politécnica, 2015.

XI, 61 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de

Engenharia Elétrica, 2015.

Referências Bibliográficas: p. 59

1. Introdução. 2. O furto de energia no Brasil 3. A medição de

energia no Brasil. 4. O Medidor Inteligente (Smart Meter). 5.

Conclusão. 6. Referências Bibliográficas. I. Juan Carlos Mateus

Sánchez. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica. III. Estudo da Medição

Inteligente para consumidores residenciais no Brasil

Page 4: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

iv

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no Brasil

Mariana Torres Kup

Março/2015

Orientador: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.

Curso: Engenharia Elétrica.

As perdas não técnicas de energia no Brasil, através do furto e da fraude, são um

problema constante que afeta tanto as concessionárias quanto os consumidores no país.

Soluções para evitar esse tipo de problema estão sendo obtidas através da implantação

do Medidor Inteligente de Energia, comumente conhecido como Smart Meter, que é a

motivação para o estudo aqui apresentado. Dessa forma, este trabalho tem como

objetivo apresentar algumas questões como as perdas não técnicas nas redes de

distribuição de energia elétrica no Brasil, além da realização de um estudo da atual

forma de medição de energia elétrica. O foco principal do trabalho é possibilitar uma

melhor compreensão acerca dessa nova tecnologia de medição de energia que cada vez

mais têm contribuído para solucionar os problemas das grandes cidades do Brasil, assim

como, uma comparação desta com os métodos tradicionais de medição.

Palavras-chave: Medição inteligente, Smart meter, Redes Elétricas Inteligentes,

Medição de energia, Automated Meter Reading, Automated Meter Management .

Page 5: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

v

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Electrical Engineer.

Study of Smart Metering for residential consumers in Brazil

Mariana Torres Kup

March/2015

Advisors: Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.

Course: Electrical Engineering

Non-technical electric losses in Brazil, through theft and fraud, are a constant problem

that affects both utilities and consumers in the country. Solutions to avoid this kind of

problem are being obtained through the implementation of the intelligent energy meter,

commonly known as Smart Meter, which is the motivation for the study presented here.

Thus, this work presents some issues such as non-technical losses in electricity

distribution networks in Brazil, and a study of the current way of energy measurement.

The main focus of this work is to enable a better understanding of this new energy

measurement technology that have increasingly contributed to solve the problems of

large cities in Brazil, as well as a comparison of this with traditional measurement

methods.

Keywords: Smart Meter, Smart Grids, energy measurement, Automated Meter Reading,

Automated Meter Manageme

Page 6: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

vi

DEDICATÓRIA

À turma de engenharia elétrica da UFRJ de 2009.2, pela amizade e união.

Page 7: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

vii

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todos os meus amigos do curso de engenharia elétrica da UFRJ que

em algum momento contribuíram para a minha formação pessoal e profissional.

Agradeço em especial a Mariana Rabelo e Gustavo Gontijo que me motivaram como

aluna e facilitaram a minha trajetória acadêmica.

Ao meu orientador, Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc, pela oportunidade,

ensinamentos e dedicação excepcional ao longo do desenvolvimento desse trabalho.

Ao Sergio Sami Hazan, Ph.D, que além de ter me motivado como professor, me

fez o admirar ainda mais como coordenador do curso pelo seu comprometimento com

os alunos.

Ao meu noivo, Renan Valadão Martins, pelo apoio, amor, carinho, e

companheirismo que me sempre me proporciona.

Page 8: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

viii

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1

1.1. Objetivo ............................................................................................................. 5

1.2. Metodologia ....................................................................................................... 5

1.3. Estrutura do Trabalho ........................................................................................ 5

2. O FURTO DE ENERGIA NO BRASIL .................................................................. 7

2.1. Perdas técnicas e não técnicas............................................................................ 7

2.2. O furto e fraude de energia elétrica.................................................................... 8

2.2.1. Prejuízos do furto de energia elétrica no Brasil. ......................................... 9

2.2.2. Fraude nos medidores ............................................................................... 12

2.3. Conclusão ......................................................................................................... 14

3. A MEDIÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL ........................................................... 15

3.1. O processo tradicional de medição de energia ................................................. 15

3.2. Medição tradicional com medidores eletromecânicos ..................................... 16

3.2.1. Medidor eletromecânico com registrador de ponteiro .............................. 17

3.2.2. Medidor Eletromecânico com registrador ciclométrico ........................... 20

3.2.3. Medidor eletrônico ................................................................................... 21

3.2.4. Classe de exatidão dos medidores ............................................................ 24

3.3. O consumo de enegia elétrica no Brasil ........................................................... 25

3.3.1. Curva de Carga ......................................................................................... 25

3.4. Classificação dos consumidores ...................................................................... 26

3.5. Estrutura tarifária ............................................................................................. 27

3.5.1. Características gerais ................................................................................ 28

3.6. A Fatura de energia elétrica ............................................................................. 29

3.7. Conclusão ......................................................................................................... 30

4. O MEDIDOR INTELIGENTE (SMART METER) ............................................... 31

4.1. Evolução tecnológica do Smart Meter ............................................................. 32

4.2. Estrutura operacional ....................................................................................... 34

4.2.1. Tecnologias de comunicação .................................................................... 38

4.3. Funcionalidades ............................................................................................... 38

4.4. Smart Grid ........................................................................................................ 45

Page 9: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

ix

4.4.1. Principais características das Redes Elétricas Inteligentes [18]: .............. 45

4.5. Gerenciamento Pelo Lado da Demanda ........................................................... 47

4.5.1. O GLD Indireto ........................................................................................ 48

4.5.2. O GLD Direto com controle da carga ...................................................... 48

4.6. Vantagens ......................................................................................................... 49

4.7. Desafios da implementação ............................................................................. 50

4.8. Projeto de medição inteligente da Ampla ........................................................ 51

4.8.1. Projeto Rede DAT .................................................................................... 52

4.8.2. Projeto Ampla Chip .................................................................................. 52

4.8.3. Caracterização do parque de medição da Ampla...................................... 54

4.9. Conclusão ......................................................................................................... 56

5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS ........................................................ 57

5.1. Conclusão ......................................................................................................... 57

5.2. Trabalhos futuros ............................................................................................. 58

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 59

Page 10: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

x

SUMÁRIO DE FIGURAS

Figura 1-Medidor com lupas - "olhão” ........................................................................... 3

Figura 2-Percentual de perdas do sistema global [4] .................................................... 10

Figura 3- Percentual em perdas em relação a Energia Injetada [4] ............................. 11

Figura 4-Medidor ciclométrico fraudado ...................................................................... 12

Figura 5- Verso de um medidor eletrônico fraudado..................................................... 13

Figura 6-Placa de um medidor eletrônico fraudado...................................................... 13

Figura 7-Medidor de ponteiro [23] ................................................................................ 17

Figura 8 - Exemplo de medição de consumo em um medidor de ponteiro [23] ............. 18

Figura 9 - Exemplo de uma nova medição de consumo no medidor de ponteiro [23]. . 19

Figura 10- Constante de medidor, na fatura [23] .......................................................... 19

Figura 11- Medidor eletromecânico com Registrador Ciclométrico ............................. 21

Figura 12- Medidor eletrônico ....................................................................................... 23

Figura 13-Curva de carga de eletrodomésticos [26] ..................................................... 25

Figura 14- Exemplo de fatura [3] ................................................................................... 29

Figura 15-Proposta de desenho esquemático da evolução do Smart Meter .................. 34

Figura 16-Configuração do SDMEE no Brasil [30] ...................................................... 35

Figura 17- Configuração de sistema AMM no Brasil .................................................... 36

Figura 18- Concentrador primário (CP) ....................................................................... 37

Figura 19- Concentrador de medição secundário com 12 módulos .............................. 37

Figura 20- Terminal de leitura individual (TLI) ............................................................ 38

Figura 21- Comparativo entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional [11] ............. 42

Figura 22- Rede DAT [5] ............................................................................................... 52

Figura 23-Rede Ampla Chip [5]. .................................................................................... 53

Figura 24-Comparação entre a Rede Convencional e a Ampla Chip [5]. ..................... 54

Figura 25-Distribuição de medidores eletrônicos nas regiões operativas [5] .............. 55

SUMÁRIO DE TABELAS

Tabela 1-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores

Eletromecânicos [20] 24

Tabela 2-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores

Eletrônicos [21] 24

Page 11: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

xi

LISTA DE SIGLAS

ABRADEE – Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica

AMM – Automated Meter Management

AMR – Automated Meter Reading

ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica

AT – Alta Tensão

BT – Baixa Tensão

CP – Concentrador Primário

CS – Concentrador Secundário

EPE – Empresa de Pesquisa Energética

GLD – Gerenciamento Pelo Lado da Demanda

GPRS - General Packet Radio Services

INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia

KWh – Kilo watt –hora

MT – Média Tensão

MWh – Mega watt-hora

PLC – Power Line Communication

PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica

RF – Radiofrequência

SDMEE – Sistema Distribuído de Medição de Energia Elétrica

TLI – Terminal de Leitura Individual

Page 12: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

1

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, a rede de distribuição de energia elétrica enfrenta sérios problemas

relacionados ao furto de energia [4]. O fato dos medidores atuais se localizarem junto às

residências, em baixa tensão, faz com que seja possível que usuários mal intencionados

tenham acesso ao medidor com o propósito de adulterá-lo. Ainda, erros podem ser

cometidos pelos técnicos durante a medição nas residências ou durante o processo de

faturamento, o que também contribui com esse sério problema.

As perdas de energia na distribuição se classificam em dois tipos: técnicas e não

técnicas. As perdas técnicas são as que acontecem naturalmente em qualquer circuito

devido à resistência do condutor. Já as perdas não técnicas são resultantes de vários

fatores entre eles o furto ou fraude de energia elétrica e energia não contabilizada ou

não faturada, cuja ocorrência é um problema constante no Brasil. Como a rede de

distribuição tem sofrido grandes prejuízos devido às perdas não-técnicas, torna-se

fundamental, para as empresas distribuidoras de energia elétrica, a sua prevenção,

detecção e combate.

Parte do custo do consumo irregular de consumidores ilegais é repassado aos

consumidores regulares. A partir do primeiro ciclo de revisão tarifária (2003-2005), a

ANEEL passou a determinar o máximo valor que pode ser repassado pelas

distribuidoras. Por exemplo, por ocasião da revisão tarifária em 2005, a concessionária

de energia Ampla propôs o repasse das perdas não técnicas, que chegavam a 22% para a

tarifa de energia. Essa situação não foi aceita pela ANEEL, que determinou que esta

concessionária mantivesse as suas tarifas de energia e desenvolvesse tecnologias

próprias para prevenção do furto.

Com isso, para reverter essa situação, a principal ação utilizada por algumas

empresas distribuidoras é a realização de inspeções nos consumidores. Estas inspeções

Page 13: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

2

têm a finalidade de detectar fraudes, furtos ou outras irregularidades, como

equipamentos manipulados ou defeituosos. No entanto, essa inspeção é dificultada

devido ao grande número de consumidores e ainda pela presença de grandes

conglomerados urbanos de difícil acesso por parte das concessionárias, que geram

dificuldades no monitoramento do furto de energia e no combate à inadimplência.

Uma maneira de prevenção de furto de energia é a transferência do ponto de

medição, com o propósito de dificultar o acesso aos medidores e assim minimizar a

possibilidade de fraude através da manipulação dos instrumentos. As primeiras soluções

de transferência do ponto de medição consistiram em instalá-los externamente, em

caixas transparentes ainda com o ramal de ligação à vista, situação que além de facilitar

a leitura, permitiria verificar a integridade do ramal de ligação contra possíveis desvios

internos. Contudo, esta solução não foi tão eficiente como se esperava já que a

manipulação dos instrumentos continuava sem que os indicadores de perdas não-

técnicas mostrassem avanços significativos. Assim, concessionárias como a Ampla e a

Light decidiram dificultar ainda mais o acesso aos medidores de energia transferindo o

ponto de medição da casa do cliente para o poste na altura da rede de baixa tensão (entre

3,5 m e 5 m).

Entretanto, isso também dificulta a leitura dos medidores por parte dos

funcionários da concessionária, sendo necessária a instalação de lupas na altura do

registrador dos medidores, tornando possível a leitura dos mesmos desde o solo, como

mostra a figura 1:

Page 14: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

3

Figura 1-Medidor com lupas - "olhão”

Como será visto nos próximos capítulos, a evolução dos medidores eletrônicos,

cujo custo tem diminuído gradativamente, tem contribuído significativamente na

prevenção e combate aos furtos de energia e inclusive começou-se a estudar a

possibilidade de realizar telemedição para usuários residenciais, possibilitando a

transmissão remota de dados diretamente para a concessionária. Além dessa facilidade,

a evolução tecnológica dos medidores eletrônicos para os chamados medidores

inteligentes de energia, que serão o foco do trabalho em questão, tem permitido o

ligamento e desligamento remoto de energia, solucionando problemas como o corte de

energia de clientes inadimplentes em áreas de difícil acesso.

O medidor inteligente de energia, comumente conhecido como Smart Meter,

fornece informações adicionais para a companhia elétrica e para o consumidor, se

comparado ao medidor tradicional, o que faz com que seja um importante componente

na futura geração de redes inteligentes de distribuição de energia elétrica, conhecidas

como Smart Grids. Ele apresenta tanto vantagens para a concessionária quanto para o

consumidor, e possibilita a medição remota do consumo de energia, bem como outras

grandezas incluindo os valores de tensão, ângulo de fase e frequência, provendo uma

comunicação de dados que pode ser usada de diferentes maneiras tanto pela

concessionária como para os usuários [14].

Page 15: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

4

As vantagens para a concessionária podem incluir: maior confiabilidade no

sistema de leitura; automação entre a coleta de dados de leitura e o faturamento,

eliminando erros que antes eram comuns com a presença do fator humano em ambos os

processos; rapidez e eficiência na prestação de serviços de corte e religação; notificação

de elevação de consumo e prevenção do furto de energia. As vantagens para os

consumidores são devidas às inovações tecnológicas dos medidores, como:

possibilidade de gerenciamento do consumo levando a um uso racional da energia;

novas opções de tarifação como funções de pré-pagamento e tarifas diferenciadas, que

podem ser vantajosas para alguns tipos de consumidores e confiabilidade na exatidão da

medição.

Embora não exista uma definição exata sobre o significado de Smart Meter,

existem atualmente duas definições aceitas acerca de seu significado: Automated Meter

Reading (AMR) e Automated Meter Management (AMM) [29].

Resumidamente, no AMR, a comunicação é unidirecional, sendo usado apenas

para coletar dados de consumo. No AMM, a comunicação é bidirecional, o que permite

habilitar amplas funcionalidades como por exemplo: ligamento e desligamento de

usuários remotamente. Essas definições serão melhor explicadas no capítulo 4.

No Brasil, como já foi mencionado, um dos principais motivos para a

implantação de medidores inteligentes é o combate às perdas não técnicas, portanto, a

possibilidade de realizar a leitura, suspensão e reconexão remotamente e de forma

automática oferece um grande avanço com relação aos sistemas tradicionais de

medição. Apesar das vantagens envolvidas no uso do Smart Meter, existem também

desafios e desvantagens que serão discutidas ao longo deste estudo a fim de obter uma

visão panorâmica do histórico de sua implantação no país.

Page 16: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

5

1.1.Objetivo

Este trabalho tem como objetivo apresentar de forma direta e concisa um estudo

da medição inteligente existente no Brasil, com foco no setor residencial, possibilitando

uma melhor compreensão acerca do Smart Meter, além de destacar os desafios para a

implantação do mesmo, vantagens, desvantagens, possíveis soluções para tal e

apresentar o procedimento de implantação da Medição Inteligente na rede de

distribuição da AMPLA.

1.2.Metodologia

A metodologia utilizada neste estudo foi pesquisa bibliográfica, além de visitas

ao Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO) para

entrevistas.

O tema abordado neste trabalho foi o estudo da medição inteligente no Brasil e

em sua pesquisa bibliográfica foram consultados acervos da Associação Brasileira de

Distribuidores de energia elétrica (ABRADEE); Programa Nacional de Conservação de

Energia Elétrica (PROCEL); Empresa de Pesquisa Energética (EPE); Agência Nacional

de Energia Elétrica (ANEEL); Light Serviços de Eletricidade S.A (LIGHT); Ampla

Energia e Serviços S.A (AMPLA); entre outros.

Os materiais utilizados para a elaboração deste trabalho foram consultados por

meio de artigos e páginas na Internet de livre acesso. Algumas informações e fotos

foram fornecidos pelo INMETRO em visitas técnicas.

1.3.Estrutura do Trabalho

Além do presente capítulo, que mostrou um breve contexto do trabalho e

principais objetivos, este trabalho estrutura-se com mais cinco.

Page 17: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

6

No segundo capítulo é realizada uma descrição sobre as perdas não técnicas no

Brasil e o prejuízo das mesmas para o país.

No terceiro capítulo é realizada uma descrição do processo tradicional de

medição de energia elétrica no Brasil através do medidor eletromecânico e eletrônico;

um histórico de como evoluiu o processo de medição; estrutura tarifária; e a atual forma

de faturamento.

O quarto capítulo está centrado na definição do Medidor Inteligente de Energia,

dando um enfoque nas vantagens e desvantagens de sua implantação no Brasil, nos

desafios e o futuro deste tipo de tecnologia.

Finalizando, o quinto e sexto capítulos apresentam respectivamente as

conclusões finais do trabalho e as referências bibliográficas.

Page 18: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

7

2. O FURTO DE ENERGIA NO BRASIL

As perdas técnicas são as que acontecem naturalmente em qualquer circuito

devido à resistência do condutor. O consumidor paga pelas perdas técnicas geradas pelo

seu próprio consumo. Já as perdas não técnicas são resultantes do furto ou fraude de

energia elétrica, energia não contabilizada ou não faturada.

As perdas não técnicas representam um grande problema no Brasil tanto para as

concessionárias quanto para os consumidores, uma vez que parte do consumo irregular

de consumidores ilegais é repassado aos consumidores regulares, sendo esse valor,

determinado pela ANEEL.

O capítulo atual tem como finalidade esclarecer a diferença entre o furto e fraude

de energia elétrica no Brasil, e apontar os prejuízos dessas perdas não técnicas para o

país.

2.1.Perdas técnicas e não técnicas

Segundo a ANEEL [9]:

Perdas técnicas: constituem a quantidade de energia elétrica dissipada entre os

suprimentos de energia da distribuidora e os pontos de entrega nas instalações

das unidades consumidoras ou distribuidoras supridas. Essas perdas ocorrem nos

processos transporte e transformação de tensão, bem como nos equipamentos de

medição; e

Perdas não técnicas: apuradas pela diferença entre as perdas totais e as perdas

técnicas, considerando, portanto, todas as demais perdas associadas à

distribuição de energia elétrica, tais como furtos de energia, erros de medição,

erros no processo de faturamento, unidades consumidoras sem equipamento de

Page 19: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

8

medição, etc. Essas perdas estão diretamente associadas à gestão comercial da

distribuidora.

2.2.O furto e fraude de energia elétrica

No Brasil, essas perdas não técnicas (ou perdas comerciais) se devem

basicamente ao furto e fraude de energia elétrica. O furto é caracterizado pelo desvio de

energia da rede elétrica das distribuidoras para o consumidor ilegal, o que faz com que a

energia não seja contabilizada, apesar de ser utilizada. No caso da fraude, o consumo é

registrado por parte da distribuidora, mas de alguma maneira o consumidor adultera o

valor a ser pago através de alterações no próprio medidor; ou então, através de suborno

de funcionários das distribuidoras.

Essas perdas representam um grande problema tanto para a distribuidora quanto

para os consumidores Para minimizá-las, algumas concessionárias investiram em

vistorias a fim de identificar os medidores que foram adulterados ou fraudados. No

entanto, o número de clientes das distribuidoras de energia elétrica é relativamente

grande, o que dificultou essas inspeções. Um outro problema, é que no Rio de Janeiro,

por exemplo, a ocupação urbana irregular se expandiu de maneira acelerada. Nestes

aglomerados urbanos de difícil acesso, as concessionárias encontram grandes

dificuldades no monitoramento do furto de energia e nas ações de combate a

inadimplência.

Com isso, uma maneira de prevenir o furto e fraude de energia é a transferência

do ponto de medição, a fim de dificultar o acesso por parte de consumidores mal-

intencionados ao medidor de energia elétrica. Para colocar o ponto de medição o mais

longe possível do cliente, as concessionárias colocaram os medidores de energia na

altura da rede aérea de Baixa Tensão. Esta solução trouxe uma diminuição no índice de

Page 20: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

9

furto, mas dificultou a leitura dos instrumentos através das lupas instaladas e pouco

tempo depois os indicadores de furto subiram novamente.

2.2.1. Prejuízos do furto de energia elétrica no Brasil.

O furto de energia elétrica apresenta prejuízos para a unidade geradora, para a

distribuidora e para o consumidor.

O furto de energia pode sobrecarregar a rede de distribuição. Com isso, o

fornecimento de energia é afetado uma vez que a concessionária não tem uma

estimativa sobre a quantidade de energia a ser fornecida a clientes genuínos, bem como

cliente ilegais [15].

O prejuízo para os consumidores se dá porque parte do custo do consumo

irregular de consumidores ilegais são repassados aos consumidores regulares. Como a

ANEEL determina o máximo de perdas não técnicas que as distribuidoras podem

repassar às tarifas, as distribuidoras também sofrem prejuízo e por isso buscam soluções

para combater essas perdas.

Em regiões como o Rio de Janeiro, as perdas de energia pode chegar a 22%,

como é mostrado pela Light na figura 2:

Page 21: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

10

Figura 2-Percentual de perdas do sistema global [4]

A figura 2 mostra o percentual de perdas de energia de distribuidoras em

determinadas regiões do Brasil. Podemos observar que nas regiões do Pará, as perdas

chegam a mais de 35%, e no Amazonas a mais de 38%.

A figura 3 representa uma comparação das perdas comerciais, que são

constituídas pelo furto e fraude de energia, com as perdas técnicas globais das 63

distribuidoras, em porcentagem (%), ao longo dos anos.

Page 22: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

11

Figura 3- Percentual em perdas em relação a Energia Injetada [4]

Analisando-se a figura 3, é possível verificar que as perdas comerciais não estão

diminuindo com o passar dos anos. Desde 2007, as perdas comerciais se mantêm

praticamente constantes, mesmo com a instalação de medidores eletrônicos de energia e

SDMEE. Isto se deve ao fato que o gráfico da figura 3 contém os dados de 63 empresas

distribuidoras associadas, e nem em todas houve uma instalação massiva de medidores

eletrônicos e SDMEE. Em 2007, na época da verificação destes sistemas por parte do

INMETRO, apenas duas concessionárias tinham instalado esses medidores inteligentes.

Aproximadamente 30.000 usuários na Celpa, no Pará, e quase 300.000 no Rio de

Janeiro, por parte da AMPLA.

Considerando-se as 61 empresas que passaram pelo processo de revisão tarifária,

as perdas não técnicas foram maiores que 15.000 MWh e as perdas técnicas da ordem

de 22.000 MWh [8].

De acordo com a ABRADEE (Associação dos Distribuidores de Energia

Eletrica), além do prejuízo financeiro, há ainda outro pior: em dez anos, mais de 400

pessoas morreram tentando furtar energia. Somente em 2011, foram 60 óbitos.

Page 23: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

12

2.2.2. Fraude nos medidores

As imagens a seguir mostram alguns medidores adulterados que foram enviados

ao INMETRO pelas concessionárias para constatação da fraude. Esses medidores foram

identificados em vistorias ou ao ser notado uma diminuição no padrão de consumo do

cliente em questão. Muitas destas fraudes não teriam sido detectadas sem o

monitoramento do consumo de energia fornecido pela medição inteligente em alguns

pontos suspeitos.

Figura 4-Medidor ciclométrico fraudado

A figura 4 mostra um medidor ciclométrico, cuja lateral foi aberta e nela inserida

a piaçava de uma vassoura para travar ou retardar o disco do medidor, e com isso,

marcar um consumo menor que o real.

A fraude no medidor ciclométrico da figura 4 poderia ser identificada facilmente

em uma vistoria, mas no caso das figuras 5 e 6, a visualização não seria tão fácil.

Page 24: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

13

Figura 5- Verso de um medidor eletrônico fraudado

Na figura 5 é possível visualizar um indício de fraude na parte externa do

medidor. Este foi cortado no seu verso e, como ele fica preso à parede, a identificação

dessa fraude em uma vistoria é quase impossível.

Figura 6-Placa de um medidor eletrônico fraudado

A figura 6 mostra a placa de um medidor fraudado. Foram inseridos alguns

resistores na placa, circulados na imagem, para este medidor marcar um consumo menor

que o real. Observa-se que a fraude é mais elaborada e precisa de um conhecimento

eletrônico maior, inclusive do desenho do próprio fabricante.

Page 25: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

14

2.3.Conclusão

A análise da atual medição de energia realizada neste capítulo mostrou os

prejuízos decorrentes do furto de energia elétrica para a distribuidora e para os

consumidores. Em decorrência disso, os medidores estão evoluindo para os chamados

medidores inteligentes de energia, que serão tratados no próximo capítulo.

Page 26: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

15

3. A MEDIÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL

Existem atualmente quatro tipos de sistemas de medição energia elétrica no

Brasil:

Medição tradicional usando medidores eletromecânicos.

Medição tradicional usando medidores eletrônicos.

Medição automática usando tecnologia AMR (Automated Meter Reading).

Medição automática usando tecnologia AMM (Automated Meter

Management).

Os dois primeiros tipos serão tratados no capítulo atual, enquanto que os dois

últimos serão tratados no capítulo 4.

O capítulo atual tem como finalidade descrever o método tradicional de medição

de energia elétrica no Brasil com foco no setor residencial, assim como: tipos de

medidores; estrutura de tarifação; consumo e custo de energia elétrica.

3.1.O processo tradicional de medição de energia

Cada casa e apartamento possuem seu próprio medidor, geralmente medidores

eletromecânicos. No caso de um prédio, o medidor é localizado no hall do condomínio.

Para realizar a medição, o técnico da concessionária vai mensalmente até a residência

anotar o valor indicado pelo registrador do instrumento.

A concessionária deve organizar e manter atualizado os calendários das

respectivas datas fixadas para a leitura dos medidores, a apresentação e vencimento da

fatura, que estarão sujeitos à fiscalização da ANEEL. A concessionária efetua as

leituras, bem como os faturamentos, em intervalos de aproximadamente 30 (trinta) dias,

observados o mínimo de 27 (vinte e sete) e o máximo de 33 (trinta e três) dias, de

acordo com o calendário respectivo [6].

Page 27: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

16

O trabalho da concessionária consiste em programar os percursos das equipes de

leitura dos medidores de forma a obter os dados de 100% dos medidores de energia na

sua área de concessão. Cada equipe de leitura é composta por vários técnicos leituristas

que, geralmente, se deslocam a pé pelos diferentes setores da cidade coletando as

leituras dos medidores instalados dentro das residências dos clientes. Dificuldades

acontecem quando o dono não está dentro do imóvel impedindo o acesso ao medidor ou

quando por razões de segurança, é impedido de realizar o seu trabalho.

Geralmente, as leituras de consumo dos clientes eram registradas em um

formulário preenchido a mão pelo leiturista, para posteriormente serem inseridas no

sistema de faturamento da empresa. Contudo, hoje a tecnologia tem permitido a

implementação de diversas formas para realizar este registro, cada uma delas com

diversos graus de complexidade. Algumas concessionárias, como CEB e AMPLA, por

exemplo, têm implementado um sistema de captura das leituras através de dispositivos

portáteis, os quais substituem os antigos formulários preenchidos a mão. Neste sistema,

o leiturista digita os valores dos registros de medição e o dispositivo calcula e processa

a fatura, a qual é impressa imediatamente após o registro dos dados, podendo o leiturista

simultaneamente coletar os dados e entregar a fatura ao cliente.

Nos seguintes capítulos será explicado como esta evolução foi acontecendo, mas

por enquanto, podemos afirmar que o processo tradicional de medição de energia

demanda uma grande quantidade de pessoal, tempo e dinheiro e, ainda é susceptível a

falhas e erros.

3.2.Medição tradicional com medidores eletromecânicos

De acordo com a Light, existem três tipos de medidores de energia nas

instalações de clientes residenciais: Ponteiro, Ciclométrico e eletrônico. Os dois

Page 28: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

17

primeiros são medidores eletromecânicos, mas com tecnologias diferentes de

registrador. O princípio de funcionamento deste tipo de medidor é baseado na

amplamente conhecida Lei de Lenz, não sendo escopo deste trabalho detalhar este

assunto. Maiores detalhes sobre o funcionamento do medidores eletromecânicos podem

ser consultados no “Handbook for Electricity Metering” [16].

3.2.1. Medidor eletromecânico com registrador de ponteiro

Este é o tipo mais antigo de medidor adotado pela empresa e alguns estão

instalados há mais de 20 anos. É o modelo de medidor que deu o nome de “relógio” a

este instrumento que ao invés de medir tempo mede energia elétrica.

Existem várias regras para fazer a leitura do registrador, razão pela qual é

possível cometer erros ao tomar a leitura. Cada instrumento possui quatro mostradores

que se assemelham a relógios, mas que podem girar em sentidos diferentes. Juntos,

representam os números do consumo, como pode ser visto na figura 7:

Figura 7-Medidor de ponteiro [23]

O primeiro mostrador, ou relógio, representa a unidade; o segundo indica a

dezena; o terceiro, a centena; e o quarto, o milhar. A medição se inicia do relógio da

Page 29: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

18

direita para a esquerda e o primeiro e o terceiro ponteiro gira no sentido horário,

enquanto que o segundo e o quarto giram no sentido anti-horário [23].

A seguir é explicado como é realizada a medição de energia em um medidor de

ponteiro, exemplificado na figura 8:

Figura 8 - Exemplo de medição de consumo em um medidor de ponteiro [23]

No primeiro relógio (o da direita) deve-se anotar o número indicado pelo

ponteiro, no caso, o número 9. Como esse relógio gira em sentido horário, o medidor

ainda não completou uma volta, ou seja, não ultrapassou o zero. Portanto, no mostrador

seguinte (que indica a dezena) deve ser anotado o número 4.

No segundo relógio, apesar do ponteiro estar apontando aparentemente para o

número 5, deve-se sempre consultar o ponteiro imediatamente a sua direita, a fim de

observar a sua tendência:

Caso o ponteiro da direita esteja caminhando para o zero, significa que o

algarismo deste segundo relógio (neste caso, o número 5) ainda não foi

ultrapassado, logo, deve-se considerar o número anterior (no caso, o número 4);

Caso o ponteiro da direita já tenha ultrapassado o zero, o algarismo a ser

indicado será ele próprio (no caso, o número 5).

Page 30: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

19

No terceiro relógio, o da centena, deve-se anotar o número indicado. Caso o

ponteiro esteja entre dois números, é anotado o menor deles (no caso, o número 8),

sempre estando atento para o sentido dos ponteiros.

O mesmo ocorre no quarto relógio. Como o terceiro relógio não completou uma

volta, no quarto mostrador deve ser considerado o número 9, que é anterior ao zero.

O valor indicado pelos relógios é cumulativo, ou seja, o relógio não é zerado a

cada leitura. Com isso, no mês seguinte, para saber o valor do consumo (em kWh) deve-

se diminuir do valor do mês anterior e multiplicar pela constante do medidor que vem

indicada na conta, como é mostrado na figura 9:

Figura 9 - Exemplo de uma nova medição de consumo no medidor de ponteiro [23].

A figura 9 exemplifica uma nova medição sendo realizada. Por exemplo, se a

medição atual é de 9.991 kWh, deve-se diminuir da anterior, que no exemplo era de

9.849 kWh (conforme figura 8). O resultado da subtração deve ser multiplicado pela

constante do medidor que aparece na conta, conforme a figura 10:

Figura 10- Constante de medidor, na fatura [23]

Page 31: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

20

Nota-se que erros podem acontecer com frequência por parte do técnico em um

medidor de ponteiros, uma vez que este requer uma série de regras para a medição e,

dependendo do ângulo que a pessoa olhar, o ponteiro pode ser visualizado apontando

para números diferentes. O técnico anota a mão o valor medido e leva para a

concessionária e, caso a sua ortografia não seja bem compreendida pelo responsável

pelo faturamento, também pode causar algum tipo de confusão e erro na fatura.

Outro problema é o fato do medidor estar em um local de fácil acesso. Isso

possibilita infrações no próprio medidor a fim de marcar um consumo menor que o

consumo real, e com isso, pagar um valor menor na conta.

Atualmente ainda existe um grande número de medidores eletromecânicos de

ponteiros e inspeções são realizadas com frequência para descobrir se estes

instrumentos foram abertos e fraudados ou se podem permanecer instalados em campo.

Muitas concessionárias ainda mantêm bancadas de ensaio para testar o estado de

medidores antigos ou que, por solicitação do usuário, são submetidos a ensaios de

verificação metrológica, mas o número grande de consumidores em áreas de difícil

acesso dificultam esse trabalho.

3.2.2. Medidor Eletromecânico com registrador ciclométrico

Seu mostrador parece com o painel de carro e é o modelo de registrador que

facilitou para o cliente (e o leiturista) fazer a leitura do instrumento, pois apresentam

direto em seu mostrador os cinco números de consumo registrados [23]. Ele pode ser

visualizado na figura 11:

Page 32: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

21

Figura 11- Medidor eletromecânico com Registrador Ciclométrico

Este medidor constituiu um avanço na redução dos erros de leitura provenientes

das complexas regras de leitura do medidor de ponteiros. Além disso, diminuiu o

número de reclamações de clientes se queixando de erros na leitura dos instrumentos,

permitindo que qualquer um pudessse conferir a leitura da fatura com aquela que estava

no medidor. Entretanto, embora esse medidor tenha evoluído se comparado ao de

ponteiro, há a desvantagem de ter que realizar uma visita mensal por parte do técnico da

concessionária para anotar o resultado da medição contínua.

3.2.3. Medidor eletrônico

Na primeira metade dos anos 80, os primeiros medidores eletrônicos comerciais

começaram a aparecer nos Estados Unidos. Estes medidores evoluíram da mesma

maneira que os medidores eletromecânicos: tinham sensores de tensão e corrente

separados para cada fase, cujos valores eram digitalizados através de conversores A/D e

através de um microprocessador, os valores de tensão e corrente eram multiplicados

para obter o valor de potência que ia sendo acumulado e mostrado no registrador [16].

As duas principais razões que motivaram a instalação deste novo tipo de

medidor foram exatidão e custo. Os medidores eletrônicos mostraram melhor exatidão

ao longo do tempo do que os medidores eletromecânicos, e não requerem ajuste nem

Page 33: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

22

manutenção. Além disso, a vida útil declarada pelos fabricantes como sendo de 8 a 10

anos tornava-o um atrativo investimento.

Muitas concessionárias brasileiras começaram paulatinamente a substituir o

parque de medidores eletromecânicos pelos novos medidores eletrônicos obtendo

redução das suas perdas não-técnicas. De fato, ao substituir o medidor eletromecânico

pelo medidor eletrônico, o novo instrumento parece registrar mais energia que o antigo,

mas isto se deve a que na maioria dos casos os medidores eletromecânicos sofrem um

desgaste normal das suas partes móveis e consequentemente registram menos energia

do que os eletrônicos.

Entretanto, a vida útil declarada pelos fabricantes de medidores eletrônicos ainda

encontra-se em fase de prova e após alguns anos algumas empresas de Distribuição

reclamam que os medidores eletrônicos não chegam a durar 6 anos. Estudos sobre a

vida útil de medidores eletrônicos estão sendo conduzidos neste momento e são objeto

atual de pesquisa.

De qualquer maneira, os medidores eletromecânicos estão aos poucos sendo

substituídos pelos eletrônicos e há um amplo consenso no mercado de que a tendência é

o seu desaparecimento. O processo de descarte de medidores eletromecânicos da

Ampla, por exemplo, consiste no sucateamento dos medidores eletromecânicos e na

venda de suas partes para uma empresa de reciclagem [5].

Existem medidores eletrônicos com ciclométrico, mas o uso do ciclométrico

ainda pode gerar dúvidas na leitura, pois muitas vezes o dígito do ciclométrico fica entre

dois números. Este problema foi resolvido com os mostradores digitais, mas estes têm o

problema de não mostrar a leitura quando há interrupção do fornecimento, se o leiturista

passar justamente nesse momento não tem como realizar a leitura. A última moda na

Page 34: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

23

tecnologia de mostradores é o eletroquímico, que mostra a leitura mesmo sem

alimentação.

Ainda com o medidor eletrônico o monitoramento da rede elétrica pode ser

realizado remotamente em tempo real, possibilitando que a concessionária identifique

rapidamente qualquer caso de interrupção, falha de abastecimento ou picos de luz, a fim

de solucionar eventuais problemas no menor tempo possível. Além disso, os novos

medidores eletrônicos são muito mais seguros contra o furto de energia, e possuem o

selo de garantia do INMETRO e a aprovação da ANEEL [24].

Figura 12- Medidor eletrônico

A figura 12 acima mostra um medidor eletrônico de energia.

No Rio de Janeiro, regiões como Barra da Tijuca, e alguns bairros da zona Oeste

e baixada Fluminense já possuem esse tipo de medidor.

Desde 2008, já foram instalados 180.000 medidores e são instalados em média,

10 mil por mês [24].

Page 35: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

24

3.2.4. Classe de exatidão dos medidores

Índice de classe é a letra que define os critérios destinados a avaliar a qualidade

metrológica e funcional do medidor. A aprovação de um modelo em determinado índice

de classe garante a aprovação nos demais índices de classe inferiores ao aprovado, sem

a necessidade de ensaios adicionais, ou seja, se o medidor é aprovado com índice de

classe D, este obtém de forma automática a aprovação para os índices de classe C, B e

A.

A seguir será apresentada a classe de exatidão dos medidores eletromecânicos e

eletrônicos para um percentual de corrente nominal igual a 100:

Tabela 1-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores

Eletromecânicos [20]

%

Erro máximo admissível

F.P Unitário

Classe 1 Classe 2

100

Tabela 2-Limites de erro percentual para medidores de energia ativa de medidores Eletrônicos

[21]

% Cos ⱷ Limites de erro percentuais para medidores com índice de classe

D C B A

100 1

Comparando as tabelas 1 e 2, é possível verificar que a medição eletrônica

permite uma maior flexibilidade por ter 4 classes de exatidão, e não apenas duas, como

o medidor eletromecânico. Além disso, eles possuem uma maior exatidão, pois seu

limite de erro é até 0,2%, enquanto que a melhor exatidão dos eletromecânicos é de

1,0%.

Page 36: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

25

3.3.O consumo de enegia elétrica no Brasil

A seguir será realizada uma comparação do consumo diário de energia elétrica

através de uma curva de carga de aparelhos eletroeletrônicos nas residências.

O estudo da curva de carga é necessário para o trabalho em questão, uma vez

que o medidor inteligente de energia possibilitaria um gerenciamento da demanda, que

tem como princípio básico deslocar a demanda dos horários de pico para os horários

fora de pico.

3.3.1. Curva de Carga

Uma definição para a curva de carga é o registro horário, em um período diário,

das demandas de capacidade, podendo ser, excepcionalmente para período semanal,

mensal ou anual. A figura 13 abaixo representa a curva de carga diária no Brasil e a

contribuição dos aparelhos eletroeletrônicos nas residências no momento do pico.

Figura 13-Curva de carga de eletrodomésticos [26]

Pela figura, podemos notar que o consumo maior se dá entre as 18:00hs e

21:00hs, o que corresponde ao horário de ponta. Os horários de Ponta e fora de ponta

foram definidos da seguinte maneira [7]:

Page 37: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

26

O horário de Ponta corresponde ao período composto por 3 (três) horas diárias

consecutivas definidas pela distribuidora, considerando a curva de carga de seu sistema

elétrico, com exceção feita aos sábados, domingos, terça-feira de carnaval, sexta-feira

da Paixão, Corpus Christi e mais oito feriados nacionais.

O horário fora de ponta corresponde ao período composto pelo conjunto das

horas diárias consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta.

Pela figura 13 podemos notar que o chuveiro elétrico e o condicionamento

ambiental são grandes contribuintes para o pico do sistema.

3.4.Classificação dos consumidores

As unidades consumidoras no Brasil são classificadas em dois grupos tarifários:

Grupo A, que possui tarifa binômia e Grupo B, com tarifa monômia. Esse agrupamento

é definido, principalmente, em função do nível de tensão em que os consumidores são

atendidos e também, como consequência, em função da demanda (kW) [27].

Tarifa monômia é Tarifa de fornecimento de energia elétrica, constituída por

preços aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa (kWh). A tarifa

binômia é o conjunto de tarifas de fornecimento, constituído por preços aplicáveis ao

consumo de energia elétrica ativa (kWh) e à demanda faturável (kW). Esta modalidade

é aplicada aos consumidores do Grupo A.

São classificados no Grupo A, os consumidores atendidos em alta tensão (acima

de 2,3 kV) como indústrias, shopping e alguns edifícios comerciais.

São classificadas no Grupo B as unidades consumidoras com tensão abaixo de

2,3 kV. Em geral, estão nesta classe residências, lojas, agências bancárias, pequenas

oficinas, edifícios residenciais, grande parte dos edifícios comerciais e a maioria dos

prédios públicos federais, uma vez que, na sua maioria são atendidos nas tensões de 127

ou 220V.

Page 38: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

27

O Grupo B é dividido em sub-grupos, de acordo com a atividade do consumidor,

conforme mostrado a seguir:

1. Subgrupo B1 – residencial e residencial baixa renda;

2. Subgrupo B2 – rural e cooperativa de eletrificação rural;

3. Subgrupo B3 – demais classes;

4. Subgrupo B4 – iluminação pública.

3.5.Estrutura tarifária

Define-se estrutura tarifária como sendo o conjunto de tarifas aplicáveis aos

componentes de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência ativa, de acordo

com a modalidade de fornecimento [27]. Simplificadamente, a tarifa de energia é o

preço cobrado por unidade de energia (R$/kWh).

O consumidor não paga apenas pelo seu consumo, e sim pela disponibilidade de

energia que ele tem 24hs por dia. Esse é o chamado custo de disponibilidade. Ele deve

pagar para a distribuidora um valor mínimo na fatura mesmo que não utilize a energia.

Isso acontece pois a empresa tem que manter o sistema elétrico e a estrutura de

atendimento em perfeito funcionamento para o consumidor poder utilizar a energia no

momento que precisar.

Na aplicação das tarifas de energia elétrica, os consumidores são identificados

por classes e subclasses de consumo: residencial; industrial; comercial e serviços; rural;

poder público; iluminação pública; serviço público, e consumo próprio. Cada classe tem

uma estrutura tarifária distinta, de acordo com as peculiaridades de consumo de energia

e de demanda de potência.

Page 39: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

28

3.5.1. Características gerais

Entre as décadas de 70 e 90, havia uma única tarifa de energia elétrica em todo o

Brasil. Os consumidores dos diversos estados pagavam o mesmo valor pela energia

consumida. Esse valor garantia a remuneração das concessionárias, independentemente

de sua eficiência, e as empresas não lucrativas eram mantidas por aquelas que davam

lucro e pelo governo Federal.

Essa modalidade de tarifa não incentiva as empresas à eficiência, porque todo o

custo era pago pelo consumidor. Neste contexto surgiu a lei nº 8.631/1993, na qual a

tarifa passou a ser fixada pela concessionária, conforme características específicas de

cada área de concessão.

Desta maneira, as tarifas de energia refletem peculiaridades de cada região,

como número de consumidores, quilômetros de rede, tamanho do mercado, custo da

energia comprada e tributos [8].

A modalidade tarifária atual para o grupo B compreende:

Modalidade Tarifa convencional: Monômia, com um preço de consumo de

energia em R$/MWh, sem distinção horária. Esta é a modalidade que vem

sendo aplicada.

Modalidade Tarifa branca: Monômia, com três preços de consumo de

energia em R$/MWh, de acordo com os postos tarifários.

De acordo com a ANEEL, o consumidor pode aderir à tarifa Branca a partir de

Março de 2014, onde será necessária a troca do medidor eletromecânico para o

eletrônico. No entanto, no momento não há medidores aprovados para efetuar esse tipo

de tarifação. Esta modalidade tarifária será explicitada no próximo capítulo.

Page 40: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

29

3.6. A Fatura de energia elétrica

A fatura de energia elétrica é a nota fiscal que apresenta a quantia total que deve

ser paga pela prestação do serviço público de energia elétrica, referente a um período

especificado, discriminando as parcelas correspondentes.

De acordo com a ABRADEE, para um consumidor residencial padrão, ou seja,

do Subgrupo B1, o valor da conta é calculado de acordo com o Artigo 106 da Resolução

414 de 2010 da ANEEL. O consumidor residencial deve pagar pela quantidade de

energia utilizada (kWh) multiplicada pela tarifa de energia da Classe B1, ou seja, quanto

cada kWh custa.

Figura 14- Exemplo de fatura [3]

Page 41: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

30

A figura 14 mostra um exemplo de uma fatura de energia. Nela consta a data e o

consumo das respectivas leituras, o histórico do consumo, o valor do kWh, a

composição da tarifa, dentre outras informações.

3.7.Conclusão

. O processo de medição de energia elétrica nos medidores eletromecânicos está

mais suscetível a erros de medição por parte do técnico durante a visita, e ainda pelo

responsável pelo faturamento, uma vez que o valor consumido ainda é anotado à mão.

Além disso, o fácil acesso a esses tipos de medidores facilita que clientes mal

intencionados possam furtar energia.

Com isso, a evolução tecnológica tem contribuído para resolver os sistemas de

medição tradicionais com a evolução do medidor eletromecânico para o ciclométrico e,

posteriormente, para o eletrônico.

É importante ressaltar que embora o consumo de energia elétrica varie de acordo

com o horário do dia, a estrutura tarifária atual não varia, mesmo nos horários de Pico.

Com isso, uma nova modalidade tarifária está sendo implantada, a tarifa Branca, que

pode obter tarifas diferentes para cada horário, incentivando o consumo fora dos

horários de ponta.

Page 42: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

31

4. O MEDIDOR INTELIGENTE (SMART METER)

O medidor eletrônico evoluiu tecnologicamente e incluiu funcionalidades até se

tornar o chamado Smart Meter, sendo este a primeira etapa para a implementação da

Rede Elétrica Inteligente, Smart Grid .

A Ampla, empresa distribuidora de energia elétrica presente no Estado do Rio

de Janeiro, foi uma das pioneiras na instalação dos medidores inteligentes de energia no

país. Motivada pelo furto de energia, que em sua maioria era devido a manipulações de

clientes nos medidores de energia e ligações clandestinas na rede de distribuição de

baixa tensão, esta companhia inovou na instalação de sistemas de medição automática

usando tecnologia AMR e AMM no nível residencial.

Sistemas de medição automática usando a tecnologia AMR já vinham sido

utilizados no Brasil há algumas décadas, primeiro para efetuar a medição de fronteiras

comerciais entre agentes interligados pela rede básica e depois para grandes

consumidores industriais, geralmente do grupo A. De maneira geral estes sistemas de

medição automática usavam medidores eletrônicos de grande exatidão (classe C e D)

cujo custo justificava a sua instalação para a medição de grandes blocos de energia.

Este capítulo descreve a evolução que os medidores eletrônicos sofreram até se

tornarem o medidor inteligente que foi instalado na rede de distribuição da Ampla, além

de explicar o seu princípio de funcionamento, vantagens, desvantagens e desafios

encarados para a sua implantação. O ponto de vista observado não será apenas da

concessionária, como também dos consumidores e dos órgãos de controle do Governo.

Page 43: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

32

4.1. Evolução tecnológica do Smart Meter

Embora não haja uma definição a respeito do significado do medidor inteligente,

existem duas classificações de medidores inteligentes geralmente aceitas: Automated

Meter Reading (AMR) e Automated Meter Management (AMM) [29].

O AMR representa uma primeira geração do Smart Meter, que é a implantação

de um sistema de aquisição automática dos registros dos medidores eletrônicos de

energia através de diferentes meios, tais como fibras ópticas, redes dedicadas de radio

frequência (RF), Bluetooth etc. Os dados podem ser armazenados em um dispositivo

leitor próximo ou remoto dependendo da tecnologia, mas a principal característica é que

nos sistemas AMR a comunicação entre os medidores de energia e a concessionária é

unidirecional, ou seja, a concessionária apenas recebe informações do medidor. Em

alguns tipos de AMR o trabalho do leiturista não foi totalmente extinguido, pois em

alguns casos, um operador deve ficar perto da local onde o medidor está instalado para

poder capturar os dados do consumo do usuário. Outros sistemas AMR possuem

gateways distribuídos na rede secundária que capturam os dados da medição e a

retransmitem à central de faturamento. Neste último exemplo, não existe leiturista, mas

a comunicação continua sendo unidirecional.

O Automated Meter Management (AMM) corresponde a uma segunda geração

onde, os meios usados para capturar o registro de energia dos medidores como, por

exemplo, redes de RF são usadas para transmitir informações que permitem o

gerenciamento dos instrumentos. A principal característica dos sistemas AMM é que a

comunicação entre os medidores de energia e a concessionária é bidirecional, ou seja, a

concessionária recebe e transmite informações ao medidor. Esta característica permite

que a concessionária possa gerenciar e administrar o seu sistema de medição e

Page 44: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

33

faturamento, por exemplo, fazendo a suspensão de consumidores inadimplentes e

posterior conexão de maneira remota.

A possibilidade de poder enviar informações aos instrumentos de medição abre

um leque de novas funcionalidades que não seriam possíveis apenas com o sistema

AMR, onde cada funcionalidade implantada representa um avanço na tecnologia que

permite considerá-la como uma nova geração de medidor, e as novas tecnologias

evoluem de acordo com requisitos demandados pelo mercado.

Com isso, se tornou possível a inclusão de outras funcionalidades no medidor

como: Pré-pagamento e Tarifa Branca. Não há ainda uma definição de nomenclatura

correspondente a cada evolução tecnológica no medidor, logo, como proposta desse

trabalho, a implementação dessas funcionalidades poderia representar uma “Terceira

Geração”, que é ainda recente e somente agora está sendo implementada no Brasil.

A Quarta Geração de medidores poderia corresponder à inclusão de

funcionalidades como: visualização da curva de carga e o corte seletivo de cargas,

através do Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD).

Essas funcionalidades dos Smart Meters possibilitam um Gerenciamento pelo

Lado da Demanda. O Gerenciamento da Demanda tem como objetivo reduzir não só a

conta de energia, mas também o uso eficiente da energia, deslocando o pico da mesma,

ou, ainda, alterando o comportamento de consumo dos clientes. Todas essas

funcionalidades serão explicadas com o decorrer do capítulo.

A figura 15 mostra um desenho esquemático da evolução tecnológica do Smart

meter:

Page 45: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

34

Figura 15-Proposta de desenho esquemático da evolução do Smart Meter

4.2.Estrutura operacional

No Brasil, o Sistema Distribuído de Medição de Energia Elétrica (SDMEE)

instalado pode ser considerado Smart Meters, e sua evolução tecnológica implica em

desafios a cada funcionalidade habilitada enquanto cada vez mais requisitos

tecnológicos são demandados [29].

Como já foi explicado, empresas de distribuição perceberam que grande parte da

fraude de energia no Brasil se dava por uma intervenção no próprio medidor de energia.

Com isso, propuseram que o sistema de medição fosse colocado externamente à unidade

residencial e na altura das redes de média tensão MT (1 kV ≤ V ≤ 20 kV) alimentando

um transformador que distribui a energia em Baixa tensão BT(V < 1 kV).

As figuras 16 e 17 representam esquematicamente o princípio de funcionamento

do SDMEE instalado no Brasil .

1ª Geração

•Unidirecional

2ª Geração

•Bidirecional

3ª Geração

•Prépagamento

•Tarifa Branca

4ª Geração

•Visualização da curva de Carga

•GLD

Page 46: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

35

Figura 16-Configuração do SDMEE no Brasil [30]

Os Concentradores de medição Secundários (CS) são instalados na estrutura de

suporte no qual saem os ramais de alimentação para os clientes da concessionária. O CS

contém vários módulos de medição monofásicos, os quais podem ser agrupados para

alimentar clientes polifásicos. A quantidade de módulos de medição suportados pelo CS

varia de 9 a 12 módulos dependendo do fabricante do SDMEE [29].

No imóvel do cliente é instalado um terminal de leitura individual (TLI), onde é

possível a visualização da medição. Essa comunicação Unidirecional entre o

Concentrador Primário (CP) e o TLI pode ser feita por radiofrequência RF ou

tecnologia PLC (Power Line Carrier) dependendo do fabricante. Esse esquema pode

ser visualizado na figura 17:

Page 47: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

36

Figura 17- Configuração de sistema AMM no Brasil

A comunicação entre o CP e o CS ocorre de maneira bidirecional por RF. Já a

comunicação entre o CP e a central de faturamento ocorre de maneira bidirecional por

tecnologia celular (GPRS) [29]. O GPRS é o Serviço de Rádio de Pacote Geral, e é uma

tecnologia que aumenta as taxas de transferência de dados nas redes GSM existentes.

Sendo assim, o GPRS oferece uma taxa de transferência de dados muito mais elevada

que as taxas de transferência das tecnologias anteriores.

O sistema da figura 17 pode medir múltiplos tipos de consumidores: 9 ou 12

consumidores monofásicos; 4 ou 6 consumidores bifásicos; 3 ou 4 consumidores

trifásicos e até mesmo uma combinação de qualquer tipo de consumidor, dependendo

do fabricante.

Imagens de um CP, CM e um TLI podem ser visualizados nas figuras 18, 19 e

20.

Page 48: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

37

Figura 18- Concentrador primário (CP)

Figura 19- Concentrador de medição secundário com 12 módulos

Page 49: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

38

Figura 20- Terminal de leitura individual (TLI)

4.2.1. Tecnologias de comunicação

Existem basicamente dois tipos de tecnologia de comunicação de Smart Meters:

Radio Frequência (RF) e Power Line Carrier (PLC). Fatores como requisitos técnicos,

impacto sobre os equipamentos, funcionalidade, infraestrutura existente e impacto

econômico interferem na escolha dessas tecnologias.

A tecnologia PLC possui algumas vantagens, como: promove um melhor custo

benefício para linhas rurais e possibilita trabalhar em áreas remotas e em longas

distâncias. As desvantagens são que possuem um tempo de transmissão mais alto, pode

interferir com outros sistemas de telecomunicações e são mais caros em cidades. Outras

informações sobre os tipos de tecnologias podem ser encontradas em [32].

4.3.Funcionalidades

A evolução tecnológica do Smart Meter ocorreu de maneira progressiva,

incluindo, passo a passo, aplicações que agregam valor e maximizam as

funcionalidades, minimizando os riscos de falhas e erros humanos.

No AMM estão sendo implementadas as seguintes funcionalidades:

Page 50: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

39

Suspensão e reconexão de energia remotamente:

Com esta funcionalidade, é possível a suspensão e a reconexão de energia

remotamente, sem a necessidade da visita do técnico da concessionária para realizar a

suspensão do serviço por falta de pagamento. Isso evitaria possíveis transtornos para o

funcionário que iria realizar o corte, principalmente em comunidades de difícil acesso

ou perigosas, além da redução dos custos e trabalho devido ao corte realizado da forma

manual.

Leitura remota do consumo:

A leitura atualizada do medidor pode influenciar no controle do gasto mensal do

consumidor e afetar de maneira significativa os seus hábitos de consumo.

Pré-pagamento:

Esta função funcionaria como um cartão pré pago, onde seria possível se limitar

o valor a ser gasto. Isso poderia ser um benefício para proprietários de imóveis alugados

onde os inquilinos pagariam previamente por seu consumo. Esse sistema seria benéfico

também para, por exemplo, proprietários de casas de praia que pagariam somente

quando utilizassem, evitando a tarifa fixa, ou simplesmente para consumidores que

desejam controlar seus gastos de uma maneira mais eficaz.

Um dos benefícios para as Concessionárias com a função de pré-pagamento

seria devido à eliminação dos custos do envio da fatura de forma continua. O principal

benefício do sistema de pré-pagamento é no fluxo de caixa, já que com este sistema o

cliente paga primeiro e consome depois. As Empresas Públicas de Medellín na

Colômbia, por exemplo, conscientes desta vantagem usaram o sistema de pré-

pagamento de energia de forma positiva para recuperar a carteira perdida de clientes

Page 51: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

40

inadimplentes, que paulatinamente foram regularizando a sua dívida com pequenos

descontos nos créditos vendidos através do sistema de pré-pagamento de energia.

De acordo com a ABRADEE [1] com a função de Pré –pagamento:

As vantagens para o consumidor seriam:

Gerência de orçamento e controle de consumo;

Consumo sob demanda;

Não há espera de reconexão, como no modelo convencional de

cobrança.

As dificuldades para o Consumidor seriam:

Compra de créditos de energia com frequência;

Tempo e custo com deslocamento até o local de recarga;

Corte de energia em situações de emergência.

No dia 13 de maio de 2014, foi publicado no Diário Oficial da União

a Resolução da ANEEL Nº 610/2014, que regulamenta as modalidades de pré-

pagamento e pós-pagamento eletrônico de energia elétrica. De acordo com essa

resolução [10]:

A distribuidora deve disponibilizar ao consumidor um crédito inicial de 20

kWh, o qual deverá ser pago pelo consumidor quando da sua primeira

compra de créditos.

Após a primeira compra, a distribuidora deve permitir ao consumidor a

compra de qualquer valor igual ou superior a 5 kWh.

A distribuidora deve atender, sem ônus, ao consumidor que solicitar adesão a

qualquer uma das modalidades de faturamento de que trata esta Resolução,

desde que sua unidade consumidora se situe nos municípios ou localidades

em que a distribuidora ofereça a modalidade. Havendo a necessidade de

Page 52: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

41

adequação do padrão de entrada, o consumidor será responsável pelos custos

decorrentes.

O consumidor pode solicitar, a qualquer tempo e sem ônus, o regresso à

modalidade de faturamento convencional, devendo a distribuidora

providenciar a alteração em até 30 (trinta) dias, contados a partir da

solicitação. Caso o consumidor possua créditos ou débitos remanescentes,

este valor deve ser revertido e incluído de forma discriminada no

faturamento posterior à mudança da modalidade.

Muitas concessionárias reclamam das regras da ANEEL para o sistema de pré-

pagamento de energia, alegando ser inviável economicamente oferecer esta modalidade

de serviço ao consumidor.

Implementação da Tarifa Branca:

Esta é uma nova opção de tarifa que sinaliza aos consumidores a variação do

valor da energia conforme o dia e o horário do consumo. A mesma será oferecida para

as instalações em baixa tensão (127, 220, 380 ou 440 volts). Com a Tarifa branca, o

consumidor passa a ter possibilidade de pagar valores diferentes em função da hora do

dia.

A proposta da tarifa branca é incentivar os clientes a deslocarem o consumo dos

períodos de ponta para os horários fora de ponta, nos quais a tarifa é mais barata,

reduzindo o valor da fatura no fim do mês. A tarifa branca será facultativa, e caso o

cliente não pretenda modificar seus hábitos de consumo, a tarifa convencional

continuará disponível [11].

A Tarifa Branca funcionará da seguinte forma: Nos dias úteis, o valor da Tarifa

Branca varia em três horários: ponta, intermediário e fora de ponta. Na ponta e no

Page 53: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

42

intermediário (das 17h às 18h e das 21h às 22h), a energia é mais cara. Fora de ponta, é

mais barata. Nos finais de semana e feriados nacionais, o valor é sempre fora de ponta,

como pode ser visualizado na figura abaixo:

Figura 21- Comparativo entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional [11]

De acordo com a ANEEL é importante que o consumidor, antes de optar pela

Tarifa Branca, conheça seu perfil de consumo e a relação entre a Tarifa Branca e a

Tarifa Convencional. A Tarifa Branca não é recomendada se o consumo for maior nos

períodos de ponta e intermediário e não houver possibilidade de transferência do uso

dessa energia elétrica para o período fora de ponta. Quanto mais o consumidor deslocar

seu consumo para o período fora de ponta e quanto maior for a diferença entre essas

duas Tarifas, maiores são os benefícios da Tarifa Branca.

Segundo a ANEEL [11] foram propostas as seguintes regras na audiência Pública nº

43/2013:

A adesão será uma opção do consumidor, e a solicitação deverá ser atendida

pela distribuidora em até 30 dias;

Page 54: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

43

A opção pela modalidade tarifária Branca poderá ser exercida por todos os

titulares de unidades atendidas em baixa tensão, exceto aquelas classificadas

como iluminação pública ou que façam uso do sistema de pré-pagamento;

A adesão de uma nova ligação, no caso de o consumidor querer iniciar o

fornecimento com aplicação da modalidade tarifária Branca, deve ser

atendida pela distribuidora dentro dos prazos definidos pela Resolução

Normativa nº 414/2010 (máximo de 5 dias em área urbana e 10 dias em área

rural);

O consumidor poderá retornar à Tarifa Convencional a qualquer tempo,

devendo ser atendido pela distribuidora em até 30 dias. Na hipótese desse

retorno à Convencional, uma nova adesão à Tarifa Branca só seria possível

após o decurso de 180 dias;

Os custos relativos ao medidor e à sua instalação são de responsabilidade da

distribuidora; eventuais custos para alterações no padrão de entrada da

unidade consumidora competem ao solicitante;

A fatura deverá discriminar os valores de consumo em cada período (ponta,

fora de ponta e intermediário);

Os descontos da Tarifa Social devem ser concedidos de forma progressiva,

observados os respectivos períodos em que tenha ocorrido o consumo e

aplicados os descontos da faixa de consumo seguinte somente quando

ultrapassado o limite máximo de consumo da faixa anterior.

A Tarifa Branca incentiva os clientes a consumirem em horários fora de ponta e

isso pode reduzir significativamente a curva de carga mostrada na figura 13, além da

necessidade de ampliação das redes de distribuição para atendimento do horário de pico.

Visualização da curva de carga:

Page 55: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

44

Uma outra funcionalidade dos Smart Meters é a possibilidade de visualização da

curva de carga dos consumidores.

Com isso, se torna possível um monitoramento em tempo real, no qual se

permite que a distribuidora saiba remotamente a quantidade da energia que está sendo

consumida em cada domicílio, e com isso, tanto a empresa fornecedora quanto os

clientes terão como acompanhar de maneira mais próxima e frequente o consumo. Isso

fará com que as pessoas tenham maior controle sobre seus gastos com o consumo de

energia e a concessionária conheça melhor os hábitos dos seus clientes.

Analisando-se o ponto de vista das concessionárias, a tarifa branca não atende

totalmente as suas expectativas, razão pela qual a sua implantação está sendo

prejudicada. Os principais motivos são os seguintes:

A tarifa branca não vai diminuir a demanda de energia nos horários de

pico. Considerando que a sua adesão é optativa para o consumidor, para

a maioria dos consumidores residenciais não oferece nenhuma vantagem,

muito pelo contrário: aquelas famílias que não tem como mudar os seus

hábitos de consumo devido, por exemplo, a que os pais trabalham

durante o dia e só voltam a noite para as suas casas sem que ninguém

permaneça nos imóveis durante o dia.

Poderá haver redução de receita para a concessionária sem mudança nos

hábitos do consumidor. Da forma como a legislação está sendo aplicada

neste momento, existem usuários que podem aderir à tarifa branca, sem

mudar os seus hábitos de consumo e ainda reduzir o valor que pagam à

concessionária.

Page 56: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

45

Sem leitura automática dos medidores, a eficiência no processo de leitura

se reduz em no mínimo 30% já que o leiturista precisa anotar as leituras

de pelo menos 3 registradores para cada uma das tarifas implementadas

em cada medidor de tarifa branca.

4.4. Smart Grid

Smart Grid baseia-se na utilização intensiva de tecnologia da informação,

automação e comunicações para monitoramento e controle da rede elétrica, a qual

permitirá a implantação de estratégias de controle e otimização da rede de forma muito

mais eficiente que as atualmente em uso.

A bidirecionalidade do medidor inteligente de energia se dá ao sistema de

comunicação e não à capacidade de medir nos quatro Quadrantes. A medição

Bidirecional não é uma característica do medidor inteligente, a característica é a

comunicação entre os seus dispositivos.

4.4.1. Principais características das Redes Elétricas Inteligentes [18]:

Sistemas de medição centralizada baseados na utilização de medidores

inteligentes e redes de comunicação de dados dedicadas, os quais permitirão

uma comunicação bidirecional entre as empresas concessionárias do serviço de

energia elétrica e os clientes;

Sensores, atuadores e controladores inteligentes distribuídos ao longo da Rede

que permitirão a reconfiguração da mesma automaticamente em caso de falhas

nos componentes, reduzindo o tempo de interrupção do fornecimento de energia;

Facilidade de conexão e desconexão à Rede elétrica de geradores de pequeno e

médio porte e dispositivos armazenadores de energia

Page 57: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

46

As características acima proporcionarão mudanças substanciais no

funcionamento dos sistemas de energia elétrica nos seguintes aspectos:

Gerenciamento da Demanda: a possibilidade de aquisição e comunicação rápida

de informações de consumo e tarifas de energia variáveis no tempo permitirá

uma melhoria no perfil de consumo de energia elétrica.

Segurança e Qualidade: a disponibilização de recursos para reconfiguração

automática da rede elétrica permitirá um elevação no nível de confiabilidade no

suprimento de energia elétrica. Nas redes de distribuição, a reconfiguração

automática permitirá o rápido isolamento de partes afetadas da rede e o

restabelecimento do fornecimento à maior parte dos clientes.

Geração Distribuída e Armazenamento de Energia: a facilidade de conexão de

geradores de médio porte (poucos MW) e pequeno porte (poucos kW) às redes

de distribuição em média ou baixa tensão, proporcionada pelas Redes Elétrica

Inteligentes, reforçará uma tendência já observado em passado recente da

introdução da geração distribuída em complementação às grandes centrais

geradoras; em particular, a utilização de fontes alternativas, tais como

fotovoltaica e eólica, apresenta a vantagem de reduzir o impacto ambiental de

grandes centrais de geração e sistemas de transmissão a longa distância.

No Brasil, o conceito de Redes Elétricas Inteligentes vem sendo difundido

rapidamente e observa-se já intensa atividade em algumas empresas e órgãos

governamentais. A ANEEL está realizando consultas e audiências públicas visando a

implantação de medidores eletrônicos em unidades residenciais, incentivo a geração

distribuída de pequeno porte a partir de fontes renováveis de energia e conectada na

Page 58: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

47

rede de distribuição, e modificações na estrutura tarifária visando variação horária e

sazonal da tarifa para consumidores residenciais [18].

4.5.Gerenciamento Pelo Lado da Demanda

O Gerenciamento pelo lado da Demanda (GLD), refere-se a qualquer atividade

adotada pelas empresas fornecedoras de energia elétrica para alterar o padrão de

consumo de energia, buscando a resolução de diversos problemas operacionais através

da modificação e/ou redução da carga do sistema [19].

O modelo de Rede Elétrica Inteligente, conhecido como Smart Grid, viabiliza a

implantação do sistema de Gerenciamento pelo Lado da Demanda, uma vez que pode

ser definida como uma rede que utiliza avançada tecnologia para coordenar e monitorar

o transporte de eletricidade em tempo real com fluxo de energia e de informações

bidirecionais entre o sistema de fornecimento de energia e o cliente final.

Com isso, devido à evolução das funcionalidades do Smart Meter, este é uma

importante ferramenta para realizar esse controle do fluxo de energia e possibilitar a

realização do Sistema de Gerenciamento pelo Lado da Demanda.

O GLD normalmente se dá por duas vias: O GLD Direto, onde a concessionária

determina as cargas a serem reduzidas ou desconectadas, segundo condições

especificadas em um contrato de interrupção com o consumidor; ou ainda, o GLD

Indireto, onde o próprio consumidor remaneja a sua demanda em resposta a sinais de

preços gerados pela concessionária [19].

Espera-se que os Smart Meters, além de uma avançada Infraestrutura, forneçam

preços que variem no tempo para os consumidores levando-os a reduzir a demanda em

períodos de pico. Alternativamente um controle direto da carga enviadas através dos

medidores inteligentes será usado para reduzir automaticamente a demanda [28].

Page 59: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

48

4.5.1. O GLD Indireto

São programas que não permitem o Controle Direto da Carga, como: tarifas

diferenciadas, que incentivam o consumo no horário fora de ponta; programas de

educação do consumidor, que os ensinam a conservar energia; e programas

governamentais que dão descontos em aparelhos mais modernos e que consomem

menos energia elétrica

4.5.2. O GLD Direto com controle da carga

Um controle direto de carga pode ser fornecido por algumas concessionárias, no

que involve permitir que a concessionária exerça um controle remoto sobre o uso de

energia, desligando os aparelhos de um cliente (por exemplo, ar condicionado) para

reduzir a carga no horário de pico ou desconectar um cliente após exceder um valor pré-

definido ou pré-pago [22].

O Controle de Carga Direto é baseado em um acordo facultativo entre a

concessionária e o cliente, onde este que participa de programas de controle direto

recebe uma compensação na conta de energia elétrica, ou seja, a conta de luz é reduzida

[31].

As aplicações mais comuns são em ar condicionado, aquecedores de água e

bombas de piscina, classificados como aparelhos “interruptíveis”, podendo ser pausado

e religado. Equipamentos “não-interruptíveis”, como máquinas de lavar e máquinas de

lavar louça, precisam ser operados continuamente e não se aplicam a uma política

baseada em Controle Direto da Carga [17].

No Brasil ainda não há programas de controle direto de carga, e os esforços para

sua implantação são pouco significativos.

A Resposta à Demanda é considerada uma importante maneira de reduzir a

demanda em horários de pico. Usando a resposta à demanda, os sistemas de potência

Page 60: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

49

poderiam reduzir a taxa de geradores necessários em picos de demanda, reduzindo

assim os custos de geração e emissão de [28].

4.6.Vantagens

Em suma, além da melhora na confiabilidade da medição, os benefícios do

Smart Meter para as concessionárias seriam [1]:

Eliminação do processo de leitura;

Eliminação dos custos do envio da fatura de forma continua;

Redução da inadimplência;

Eliminação dos custos de desligamento/religamento;

Redução do ciclo de faturamento com o recebimento antecipado (no caso de

medidores com funções de pré-pagamento);

Multitarifação, pois permite várias modalidades de contratos de fornecimento;

Ferramenta de cobrança para unidades consumidoras de difícil acesso e de uso

temporário (balneários, sítios, escritórios, exposições, imóveis alugados, etc.)

Menores investimentos em geração, transmissão e distribuição [5];

Identificação de desvio e fraudes nos medidores [5];

As Vantagens para o consumidor seriam (AMPLA, 2009):

Faturamento mais preciso e detalhado;

Maior confiabilidade no sistema de leituras;

Automação entre a coleta de dados de leitura e o faturamento, eliminando erros

comuns;

Rapidez e eficiência na prestação de serviços de corte e religação;

Menos interferência do fator humano no processo de leitura;

Notificação de elevação de consumo quando ocorre.

Page 61: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

50

As Vantagens para a sociedade seriam [5]:

Menores investimentos na geração e na transmissão;

Modicidade tarifária;

Melhoria da qualidade do fornecimento;

Criação da cultura de redução do desperdício e uso racional de energia;

Aumento na arrecadação de impostos por parte do governo (em 2006 o governo

deixou de arrecadar, somente na área de concessão da Ampla R$ 148 milhões

devido ao furto de energia);

Planejamento urbano e ordenamento do espaço público;

Redução da poluição visual.

4.7. Desafios da implementação

Apesar das vantagens apresentadas dos Smart Meters, existem desvantagens e

desafios tanto para as concessionárias, quanto para os consumidores (principalmente em

relação à sua aceitação) que dificultam e atrasam a sua implementação.

A implementação do Smart Meter no sistema de distribuição envolve vários

bilhões em investimentos para a implantação e manutenção da rede, logo, é difícil

justificar esse investimento. Inicialmente, o processo de substituição dos medidores de

energia existentes para os Smart Meters será um desafio para as concessionárias, e a

falta de infraestrutura adequada para sincronizar essa nova tecnologia com as existentes

pode interromper a introdução dos Smart Meters [14].

Estima-se, por exemplo, que a tarifa branca demore pelo menos 10 anos até se

tornar obrigatória, dado o enorme parque instalado de medidores que precisaria ser

trocado para chegar a este objetivo.

Page 62: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

51

Em relação aos consumidores, Os Smart Meters podem criar alguns riscos em

relação à privacidade e segurança, uma vez que a transmissão de dados para a

concessionária indica a presença das pessoas em suas residências. Com isso, poderia

haver algumas pessoas com interesses particulares em analisar os dados de consumo de

alguns clientes específicos [14]. Um outro problema seria que dados de consumo de

energia transmitida por redes de comunicação pública, como celular, pode apresentar

riscos de segurança [13]. Por este motivo, o INMETRO tem investido enormes esforços

para garantir a integridade e segurança dos dados transmitidos através do SDMEE no

Brasil. O elevado nível de segurança exigido pelo órgão metrológico para garantir a

integridade dos dados da medição, tem tornado o sistema caro.

Em suma, os riscos sociais dos Smart Meters são [25]:

O medo de perder a privacidade e segurança além do medo de outros riscos que

isso provocaria;

O medo de aumentar o valor da energia;

O medo de aumentar o desemprego;

Um risco em potencial dos Smart Meters é o aumento da conta de energia. Esse

aumento afetaria clientes que previamente eram cobrados um valor abaixo do

real devido ao erro humano durante o faturamento manual [12].

4.8.Projeto de medição inteligente da Ampla

A Ampla é uma empresa distribuidora de energia elétrica presente no Estado do

Rio de Janeiro. A Ampla Energia e Serviços S.A distribui energia para sessenta e seis

municípios do estado do Rio de Janeiro. A Região Metropolitana de Niterói e São

Gonçalo e os municípios de Itaboraí e Magé somam a maior concentração de clientes da

distribuidora [5].

Page 63: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

52

4.8.1. Projeto Rede DAT

Devido ao furto de energia, em 2003, foi criado o projeto Rede DAT, que

consistia em uma mudança estrutural da rede de distribuição de energia elétrica como:

aumentar a altura do poste (11 metros), utilizar transformadores de pequena potência,

instalação de medidores nos transformadores, isolamento e afastamento da rede de baixa

tensão, como mostra a figura 22 abaixo:

Figura 22- Rede DAT [5]

As áreas que tiveram a Rede DAT instalada apresentaram uma diminuição

significativa no furto de energia elétrica, contudo em pouco tempo 14% dos clientes

voltaram a furtar energia elétrica, sendo que apenas 2% permaneceram com a

modalidade de furto por ligação clandestina na rede, os demais começaram a manipular

os medidores. Com isso surgiu a necessidade de migrar para um tipo de medição mais

seguro, chamado de Ampla Chip [5].

4.8.2. Projeto Ampla Chip

O Ampla Chip incorporava uma solução para proteger os medidores contra

intervenção: os medidores convencionais foram substituídos por medidores eletrônicos

Page 64: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

53

com funcionalidade de telemedição (para leitura, corte e restabelecimento de energia

elétrica) protegidos por uma caixa lacrada (Concentrador) instalados na ponta da cruzeta

ao lado da rede de baixa tensão, como mostra a figura 23 [5]:

Figura 23-Rede Ampla Chip [5].

Em suma, as principais modificações do método tradicional de medição para o

Ampla Chip foram:

Elevação da Rede de BT (a 6 metros do solo) para a altura da rede de MT (11

metros), que dificulta ligações clandestinas na Rede de distribuição;

Substituição dos medidores eletromecânicos (que ficavam no muro da

residência do cliente ou dentro de sua própria residência) por medidores

eletrônicos instalados dentro de uma caixa blindada no topo da cruzeta (a 11

metros do solo) dotado de tecnologia de telemedição remota.

Essas modificações podem ser visualizadas no esquema abaixo:

Page 65: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

54

Figura 24-Comparação entre a Rede Convencional e a Ampla Chip [5].

O Projeto Ampla Chip reduziu significativamente o nível de perdas, promoveu

uma medição mais acurada, redução de custos operacionais, entre outras vantagens

conhecidas do “Smart Meter”.

Em complemento ao Projeto Ampla Chip, em 2007 a Ampla iniciou a

implantação de um novo Projeto que também utiliza medição eletrônica. Este foi

denominado Projeto Sentinela. Este projeto é destinado a clientes de baixa tensão com

consumo elevado (comércio, indústria, fazendas e grandes residências) que apresentam

irregularidades na medição.

4.8.3. Caracterização do parque de medição da Ampla

O parque de medidores da Ampla é composto por aproximadamente 2,4 milhões

de medidores [5]. A figura 25 mostra a distribuição percentual de medidores eletrônicos

e eletromecânicos por região:

Page 66: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

55

Figura 25-Distribuição de medidores eletrônicos nas regiões operativas [5]

Pela figura 25, podemos perceber que 21,7% dos medidores da AMPLA são

eletrônicos. As regiões de Magé (47,55%) e São Gonçalo (46,72%) são as áreas com

maior quantidade de medidores eletrônicos, contrastando com a região Sul com somente

7,44% de medidores eletrônicos.

Observa-se um grande parque de medidores eletromecânicos instalados que

precisam ser lidos através do processo tradicional de medição. A introdução do projeto

Ampla chip em 2007 veio com um número elevado de reclamações de clientes cuja

conta aumentou em alguns casos até 200%. Devido a que este sistema não foi

submetido ao INMETRO para apreciação técnica, houve uma séria investigação sobre o

porquê este instrumento foi instalado sem a aprovação do Inmetro.

Em 2007 uma CPI municipal foi instalada no Estado do Rio de Janeiro e foi

determinada a suspensão da faturação através do Ampla Chip até que o Inmetro pudesse

avaliar se este SDMEE atendia aos erros máximos permitidos em campo.

Page 67: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

56

4.9.Conclusão

O Smart Meter é um tema de extrema importância atualmente e sua

implementação vem sendo estudada de maneira efetiva pelas concessionárias. Ele

fornece ferramentas necessárias para tornar rentável e conveniente o Gerenciamento

pelo Lado da Demanda, ao gerar informações mais detalhadas e em tempo real, com

fluxo de energia e de informações bidirecionais entre o sistema de fornecimento de

energia e o consumidor. Desta forma, os consumidores podem ter um gerenciamento do

consumo, com um maior controle sobre seus gastos com a energia, e as concessionárias

também passam a ter um controle em tempo real do montante de energia consumido, o

que possibilitará a implantação de estratégias de controle da rede de forma muito mais

eficiente que as usadas atualmente.

Page 68: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

57

5. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS

5.1.Conclusão

Primeiramente foi mostrada a atual forma de medição de energia elétrica no

Brasil, com foco no setor residencial, explicitando os tipos de medidores em uso. Foi

possível observar que os medidores eletromecânicos estão suscetíveis a erros durante a

medição, uma vez que passam por todo um processo de coleta de dados e faturamento

de forma manual.

Ao realizar uma análise da curva de carga diária foi possível observar a

problemática do período de ponta. Os eletrodomésticos que conferem maior peso no

consumo final de energia elétrica da classe residencial são o chuveiro elétrico, e os

aparelhos de condicionamento ambiental.

Através de uma análise da estrutura tarifária, foi possível observar que embora o

consumo de energia elétrica varie de acordo com o horário do dia, a estrutura tarifária

atual não varia, mesmo nos horários de Pico. Com isso, uma nova modalidade tarifária

está sendo implantada nos Smart Meters, a Tarifa Branca, que pode obter tarifas

diferentes para cada horário, incentivando o consumo fora dos horários de ponta.

Contudo, para isso, há ainda grandes obstáculos que precisam ser vencidos.

Ao realizar um estudo sobre a frequência de furto de energia no Brasil, foi

possível observar que os números são bem grandes e que é um problema constante no

país. Com isso, o Smart Meter está ganhando força, uma vez que promove a geração de

informações mais detalhadas em tempo real, com fluxo de energia e de informações

bidirecionais entre o sistema de fornecimento de energia e o cliente final. Desta

maneira, os consumidores poderão receber com maior agilidade um reparo das falhas,

obtendo acesso a informações mais detalhadas e consequentemente tendo um maior

controle sobre seus gastos com a energia. As concessionárias passam a ter controle em

Page 69: Estudo da Medição Inteligente para consumidores residenciais no

58

tempo real da quantidade de energia consumida, o que possibilitará a implantação de

estratégias de otimização e controle da rede com maior qualidade e de forma muito mais

eficiente que as usadas atualmente.

Com o decorrer do trabalho, foi possível perceber os benefícios propiciados pelo

GLD à sociedade, uma vez que tem como objetivo reduzir a demanda máxima,

proporcionando a postergação da expansão com novas usinas, redes de transmissão e

distribuição de energia. Com isso, permite uma operação mais segura e econômica,

além de ser um instrumento eficaz contra o uso ineficiente e irracional de energia.

Foi apresentado um histórico da evolução dos sistemas de medição no Brasil,

desde o tradicional empregando medidores eletromecânicos até os modernos sistemas

inteligentes (AMM). Foram mostrados os pontos de vista de vários agentes interessados

na medição inteligente, os impactos positivos e negativos, bem como os obstáculos e

benefícios que este tipo de tecnologia oferece para o país, mostrando que ainda faltam

várias etapas para serem concluídas antes de termos uma verdadeira rede elétrica

inteligente.

5.2.Trabalhos futuros

Com as Smart Grids será possível detectar em tempo real o consumo e aumentar

a confiabilidade do sistema. Uma expectativa futura é que o consumidor brasileiro se

sinta incentivado a produzir a sua própria energia, utilizando-se principalmente de

painéis fotovoltaicos. A Geração Distribuída apresenta a vantagem de reduzir o impacto

ambiental de grandes centrais de geração e sistemas de transmissão à longa distância e

pode ser um tema de enfoque em trabalhos futuros.

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59

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] ABRADEE. O potencial da aplicação do pré - pagamento no mercado de

energia elétrica do Brasil. Seminário Internacional sobre o pré-pagamento de Energia

Elétrica. Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica. Brasília, 2011

[2] ABRADEE. Estrutura tarifária. Disponível em :

< http://www.abradee.com.br/setor-de-distribuicao/tarifas-de-energia/tarifas-de-energia

> . Acesso em 10 Dez. 2014

[3] ABRADEE. Fatura. Disponivel em:

< http://www.abradee.com.br/setor-de-distribuicao/tarifas-de-energia/conta-de-energia

> . Acesso em 10 Dez. 2014

[4] ABRADEE. Furto de energia. Disponivel em:

< http://www.abradee.com.br/setor-de-distribuicao/perdas/furto-e-fraude-de-energia >.

Acesso em 5 Nov. 2014

[5] AMPLA ENERGIA E SERVIÇOS S.A. Consulta pública Nº 15/2009. – ANEEL,

Niterói, 2009.

[6] ANEEL. Resolução N.º 456 de 29 de Novembro de 2000 - Arts. 01 a 62”.

Agência Nacional de Energia Elétrica.

[7] ANEEL. Nota técnica nº 244/2012-SER-SRD/ANEEL. Brasília, Julho 2012.

[8] ANEEL. Cartilha por dentro da conta de luz. Brasília, 2008. Disponível em:

<http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Catilha_1p_atual.pdf>. Acesso em: 10 Nov.

2014>. Acesso em 8 Nov. 2014

[9] ANEEL . Tratamento regulatório de perdas não técnicas. Rio de Janeiro,

Novembro 2010. Disponível em:

<http://conexaolight.com.br/02/medidores-eletronicos-um-avanco-em-tecnologia-e-

cidadania/>. Acesso em: 03 Nov. 2014

[10] ANEEL. Resolução normativa Nº 610, 1º de Abril de 2014. Agência Nacional de

Energia Elétrica, 2014.

[11] ANEEL, Tarifa Branca. Disponível em:

<http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=781>. Acesso em 22 Dez 2014

[12] CHOU, J., YUTAMI, I.G.A.N. “Smart meter adoption and deployment strategy

for residential buildings in Indonesia” . Applied Energy 128, Elsevier. P 336- 349,

Taiwan, 2014.

[13] CLEVELAND, F. “Cyber Security issues for advanced metering

infraestruture.IEEE Power and Energy Society General Meeting” – Conversion and

Delivery os Electrical Energy. P 1-5, 2008.

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