21 a 25 de Agosto de 2006Belo Horizonte - MG

Sistema de Controle e Monitoramento de Carregamento de Alimentadores e

Transformadores de Subestações

Blunio Elias da Silva CEMIG Distribuição S.A

belias@cemig.com.br

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo apresentar o sistema computacional denominado SICMAT – Sistema de Controle e Monitoramento de Carregamento de Alimentadores e Transformadores de Subestações desenvolvido para otimizar o gerenciamento do carregamento dos transformadores das subestações de distribuição telecontroladas da CEMIG e de seus respectivos alimentadores de distribuição. Vantagens obtidas pela CEMIG com a utilização do SICMAT: - gráficos com as curvas de corrente dos transformadores e respectivos alimentadores ao longo de

cada dia, do mês e do ano; - curvas de corrente semanal, denominada semana típica, com informações sobre o comportamento

do sistema elétrico nos dias úteis, sábados e domingos separadamente; - operação do sistema elétrico, que na sua maior parte tem demanda tipicamente sazonal, com os

valores de corrente do mês imediatamente anterior; - gerenciamento do carregamento de alimentadores e transformadores através de dados de uma

única tabela que destaca os elementos do sistema que estão operando fora da faixa adequada; - cálculo do fator de carga (FC) mensal e anual; - cálculo de desequilíbrio para as medições trifásicas; - rapidez , precisão e economia de mão-de-obra no processo. Esta metodologia pode ser utilizada por qualquer concessionária de energia que tenha registros automatizados e sistemáticos do carregamento do sistema.

PALAVRAS-CHAVE

Controle de carregamento, Curva de carga, Fator de carga, Semana típica.

1. INTRODUÇÃO

A otimização da exploração dos ativos é uma necessidade cada vez mais urgente nas empresas, tendo em vista um melhor retorno financeiro. A CEMIG vem, há muito tempo, buscando formas de melhor gerenciar o carregamento do sistema elétrico. Informações precisas sobre o nível de carregamento dos ativos são de suma importância para os processos de planejamento, operação, de previsão de mercado e outros.

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O foco do presente trabalho é o sistema adotado pela CEMIG para o gerenciamento do carregamento dos transformadores das subestações de distribuição automatizadas e de seus respectivos alimentadores. Este sistema é denominado SICMAT – Sistema de Controle e Monitoramento de Carregamento de Alimentadores e Transformadores e foi desenvolvido pela Gerência de Planejamento e Expansão Triângulo – DO/ET. O SICMAT é baseado nos dados do X-Omni, que é o sistema de controle e monitoramento remoto de subestações de distribuição utilizado pela CEMIG. Dentro da área de concessão da empresa, o SICMAT já tem sua utilização consolidada nas regionais: Triângulo, Centro, Mantiqueira, Oeste, Norte e está em implantação na regional Leste. Apenas a regional Sul não o utiliza por ainda não ter o sistema X-Omni implantado. As subestações de distribuição automatizadas da CEMIG possuem, entre outras, medição permanente de corrente com integralização a cada 15 minutos, nos barramentos dos transformadores e nas saídas dos alimentadores, conforme diagrama esquemático básico apresentado na figura 1.

Alimentador 1

Os registros dhistórico podeEm uma primparece ser umassim como a

2. TRANSF

A rotina de transferidos etransferênciasdecréscimos d1 demonstra eem um alimenNota-se a examostra. Essealimentadores

Alimentador 2

Alimentador 3

Alimentador 4

Alimentador 5Transformador

Linha de Transmissão

138 kV

Barramento

13,8 kV

Pontos de medição de corrente

Figura 1 – Esquema básico dos pontos de instalação de medições

estas medições podem ser acessados em tempo real através do sistema X-Omni e seu também ser acessado via intranet. O SICMAT é baseado no registro destas correntes. eira análise, conhecer o carregamento real do sistema elétrico nos pontos de medição a tarefa simples. Porém, não é isto que a realidade mostra. O motivo dessa dificuldade, solução desenvolvida para contorná-la, serão mostrados a seguir.

ERÊNCIAS DE CARGA

operação do sistema elétrico exige que blocos de carga sejam temporariamente ntre alimentadores de um mesmo transformador ou de transformadores diferentes. Essas são muito comuns e podem ocorrer várias vezes durante o mês. O acréscimos ou e corrente ocasionados por essas transferências são registrados nas medições. O Gráfico ssa situação. Neste gráfico estão plotadas todas as correntes registradas durante um mês tador. istência de três curvas em destaque com valor muito superior às demais curvas da s valores representam as correntes nas três fases durante uma transferência de carga entre .

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Carga transferida para outro alimentador

Carga transferida de outro alimentador

Gráfico 1 – Gráfico diário

Para se determinar o real carregamento do sistema elétrico, é necessário identificar estas ocorrências e expurgar seus efeitos. Executar esta tarefa, sem uma ferramenta adequada, é um trabalho penoso e desgastante, além de pouco confiável. Antes da implantação do SICMAT, para se obter as curvas de carga reais dos alimentadores e transformadores era feita uma análise manual das tabelas contendo os registros dessas correntes, em conjunto com uma análise, também manual, dos registros das transferências de carga existentes no Conint – sistema que registra e controla as ocorrências no sistema elétrico. Essa tarefa, pela sua complexidade, era feita apenas uma vez por ano ou em situações especiais. Esse processamento manual, para o conjunto dos transformadores e alimentadores apenas da Regional Triângulo, consumia em torno de 120 homens-hora.

3. O SISTEMA SICMAT

Para solucionar esse problema foi desenvolvido o sistema SICMAT, composto por um conjunto de planilhas e gráficos do Microsoft Excel. Nesse sistema, o processamento das informações é feito através de macros (trechos de programa interpretados pelo Excel). Essas macros são escritas em linguagem VB - Visual Basic - com objetos específicos do Excel. Os principais itens que compõe o sistema são:

a) uma planilha chamada “Formulário.xls” que contém as informações básicas para localização na intranet dos dados de cada um dos transformadores e alimentadores com medição automatizada. Também estão incluídas nesta planilha as macros que executam o processamento dos dados;

b) modelos de gráficos pré-formatados que são utilizados para geração dos gráficos de cada elemento do sistema;

c) uma planilha interativa chamada “Demandas máximas anuais.xls” que registra, mês a mês, o histórico anual do sistema elétrico e destaca os itens que estejam com sobrecarga. Através desta única planilha é possível visualizar o comportamento do carregamento de todo o sistema elétrico;

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d) uma planilha denominada “Semana Típica” para registro das curvas de carga semanal de todos os alimentadores para atualização dos sistemas corporativos.

O princípio utilizado para expurgo automático dos registros de corrente eventuais é feito por análise estatística, através da comparação de valores máximos e mínimos com valores médios, da seguinte forma: inicialmente são calculadas 3 médias dos valores de corrente registrados em cada hora ao longo de todo o mês para cada alimentador ou transformador:

M1 = Média aritmética dos 6 maiores registros de corrente; M2 = Média aritmética da segunda à sétima maior corrente; M3 = Média aritmética da terceira à oitava maior corrente.

O diagrama da figura 2 ilustra a sistemática para criação destas médias:

O algoritmo aprde corrente.

Figura 2 – criação das 3 médias para análise das medições

esentado na figura 3 ilustra a análise estatística adotada para eliminação dos excessos

Figura 3 – Algoritmo para escolha da média a ser considerada.

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Pela análise do algoritmo, verifica-se que o sistema seleciona automaticamente uma das 3 médias para serem consideradas como corrente máxima. Essa análise é feita separadamente para cada hora do dia e também para cada uma das fases quando a medição é trifásica. O sistema expurga a maior corrente registrada, identificada com a letra “a” na figura 2, se a mesma for 20% maior que a média entre a segunda e a sétima maior corrente (M2). Análise semelhante é feita entre a segunda maior corrente, identificada pela letra “b” e a média entre a terceira e a oitava maior corrente (M3). De qualquer forma será sempre considerada uma média de 6 maiores correntes. Isto dá mais consistência ao número encontrado, evitando que se considere um valor eventual, não representativo da realidade do alimentador ou do transformador. Análise semelhante é feita também para a corrente mínima. Essa metodologia tem se mostrado eficiente na finalidade de expurgar valores excedentes de corrente na análise do carregamento do sistema elétrico. O gráfico 2 mostra o resultado da aplicação desta metodologia. As linhas mais espessas deste gráfico indicam os valores considerados para cada uma das fases do alimentador. As linhas pontilhadas mostram os valores máximos e mínimos registrados.

Gráfico 2 – Gráfico mensal.

Todos os meses, após execução dos cálculos no SICMAT, é feita uma análise visual dos gráficos gerados. Durante essas análises, tem se observado a necessidade de correções manuais em menos de 3% dos itens calculados. Na sua maioria, os erros encontrados estão relacionados a falhas no sistema de registro das medições que pode registrar valores incorretos ou, simplesmente, não registrar valores em determinados períodos do mês. Todo o processo de cálculo, análise dos resultados e envio dos dados para os demais sistemas corporativos consome em torno de 6 homens-hora por mês. O gráfico 3 mostra, numa análise comparativa, a diferença de tempo gasto com o processo através da metodologia antiga e com a utilização do SICMAT.

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Gráfico 3 –Gasto mensal com homem-hora - método antigo x SICMAT

Como os registros do X-Omni são feitos a cada 15 minutos e os testes efetuados mostraram que é suficiente e mais prático se trabalhar com um registro por hora, o sistema trabalha com o maior registro de corrente ocorrido a cada hora. Quando a medição tem registro de corrente das três fases, o SICMAT analisa esses dados separadamente, gerando gráficos com curvas distintas por fase. Nesse caso também é calculado o desequilíbrio entre estas fases através da fórmula1 apresentada na figura 4:

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3.1. Gráfico Diário No “gráfico diário” sãomês. Quando se dispõe dias são plotadas, portocorrência de transferênsistema. O Gráfico 1 é u

3.2. Semana típica Para geração da “semaseparados em blocos poà mostrada nas figuras registradas em gráficosalimentadores.

100)(3)2(

23(%) x

IcIbIaIbIcIcIbIa

xDeseq++

−+−−=

Figura 4 –Fórmula para cálculo de desequilíbrio percentual

mostradas todos os valores de corrente registrados no sistema em cada dia do de medição trifásica, é registrada uma curva para cada fase. Para um mês de 30 anto, 90 curvas. Pela análise deste gráfico também é possível se notar a cias ocorridas no período. As informações deste gráfico são a base para todo o m exemplo de Gráfico Diário.

na típica” no SICMAT, os dados de corrente registrados em um mês são r dia útil, sábado e domingo. É feita, então, uma análise estatística semelhante 3 e 4 para cada bloco separadamente, resultando em curvas distintas que são por alimentador e em uma tabela geral, com todas as curvas de todos os

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EsgecaredcatípAssãdotor

3.3O efeadcoOsusNoem

3.4O “cali

Gráfico 4 – Semana típica

sa tabela é transferida, então, para o sistema corporativo chamado GEMINI que é o software de orreferenciamento e controle do sistema elétrico de distribuição da CEMIG, onde se encontra todo o dastro da rede elétrica existente. Periodicamente são feitos cálculos elétricos em todos os pontos da e elétrica cadastrados neste sistema. Esses cálculos são feitos separadamente considerando o

rregamento típico do sistema elétrico nos dias úteis, sábados e domingos. As informações da semana ica geradas mensalmente pelo SICMAT são a base para estes cálculos elétricos. análises de viabilidade de transferências de carga no sistema elétrico feitas pela Área de Operação

o baseadas nos valores calculados pelo GEMINI para os trechos envolvidos. Como o carregamento sistema elétrico na CEMIG é, em grande parte sazonal, a atualização mensal das curvas de carga na-se essencial.

. Gráfico Mensal “gráfico mensal” mostra as curvas dos valores máximos e mínimos registrados, ou seja, tivamente ocorridos no sistema e os calculados pelo SICMAT. Nestes últimos, pelo método

otado, já estão expurgados os efeitos das transferências de carga eventualmente ocorridas no mês, nforme pode ser observado no gráfico 2. valores máximos e mínimos de corrente calculados pelo SICMAT e constantes deste gráfico são ados pelas equipes de planejamento do sistema elétrico em seus estudos. gráfico mensal, também é registrado o fator de carga (FC) mensal do sistema elétrico. Nos casos que se dispõe de medições trifásicas é registrado também o desequilíbrio entre as fases.

. Gráfico Anual “gráfico anual” é gerado através dos valores máximos e mínimos de corrente “registrados” e

onsiderados” em cada mês. Sua análise mostra a curva de carga anual dos transformadores e dos mentadores, deixando claro o nível de sazonalidade da carga.

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Gráfico 5 – Gráfico Anual

Na tabela-fonte deste gráfico, é feito o registro, a cada mês, do FC mensal do sistema elétrico. Também é disponibilizado o cálculo do FC acumulado até o mês. Este FC é calculado dividindo-se a carga média de janeiro até o mês do cálculo pela carga máxima ocorrida no mesmo período, conforme Gráfico 6.

Gráfico 6 – FC - Fator de Carga Mensal e Anual

3.5. Tabela de demandas anuais Os valores de correntes máximas consideradas também são transportados, todos os meses, para uma planilha chamada “Demandas máximas anuais.xls”. Nessa planilha, é feita a transformação dos valores de corrente para demanda em kVA, considerando o valor de tensão regulada nas subestações.

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Nela são registrados os valores de demanda nominal e admissível dos transformadores. Também é utilizado o conceito de demanda admissível para alimentadores. Este valor corresponde a 60% do valor de demanda nominal dos condutores tronco de cada alimentador. Através do recurso de “Formatação condicional” do Excel, essa planilha destaca, através da cor amarela, os valores de demanda acima da nominal e de vermelho os valores acima de 95% da admissível. A figura 5 mostra uma pequena parte desta tabela.

Anco

3Tseárca

4

AgdHermAemAensi

Figura 5 – Planilha de demandas anuais

través de uma rápida análise desta planilha, tornam-se evidentes os pontos do sistema elétrico que ecessitam de uma atenção especial por parte da Área de Planejamento servindo esta análise inclusive mo subsídio na priorização de regiões para estudos de planejamento mais detalhados.

.6. Publicação das informações odos os dados gerados pelo SICMAT são publicados mensalmente através de uma pasta pública no rvidor de dados de cada regional. Assim torna-se possível a utilização destas informações por outras eas da empresa. Uma delas é a área de previsão do mercado que utiliza os dados históricos de rregamento de transformadores e também de alimentadores em suas projeções de demanda.

. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

utilização do SICMAT na CEMIG está consolidada. A quantidade e a qualidade das informações eradas pelo sistema são um fator decisivo no gerenciamento do carregamento dos transformadores as subestações e de seus respectivos alimentadores. á necessidade de correções manuais em menos que 3% dos itens calculados e, na sua maioria, os ros gerados estão relacionados com falhas no sistema de registro das medições e não com a etodologia aplicada no sistema. utilização do SICMAT trouxe, entre outras vantagens, a padronização de informações dentro da presa, pois o sistema é utilizado pela maioria das regionais da CEMIG.

utilização da metodologia apresentada neste trabalho pode trazer ganhos para as concessionárias de ergia elétrica, bastando que se disponha de registros automatizados e contínuos do carregamento do

stema.

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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 CEMIG: ND3.1 - Projetos de Rede de Distribuição Aéreas Urbanas. Belo Horizonte / MG, setembro/2005.