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21 a 25 de Agosto de 2006Belo Horizonte - MG

SOME - VIP

Solução de Medição de Energia em Vias Públicas para Blindagem da Receita

Ricardo Zimmer Ronaldo Ferreira de Sousa NANSEN Instrumentos de Precisão S.A. SENERGY Sistemas de Medição S.A

zimmer@nansen.com.br ronaldo@senergy.com.br

RESUMO Um dos maiores fatores que influenciam a queda de receita das empresas distribuidoras de energia

elétrica no Brasil é a perda global de energia. Definida como a diferença verificada entre a energia

requerida pelo sistema elétrico e a energia realmente faturada, as perdas globais possuem duas

componentes: a perda técnica (efeito Joule, corrente de fuga, etc) e a perda comercial (fraude, erro de

leitura do medidor, etc). Associadas ao baixo nível de automação e integração dos sistemas de

medição atuais, estas tem se tornado alvo constante de empresas fornecedoras de tecnologia no que se

refere ao desenvolvimento de mecanismos que combatam esse grave problema do setor. É neste

contexto que é apresentada a Solução de Medição de Energia em Vias Públicas – SOME-VIP, um

Sistema Inteligente de Tele-medição, Tele-controle e Tele-supervisão capaz de prover a exteriorização

da medição de unidades consumidoras atendidas em baixa tensão e fornecer, além das funções básicas

(leitura de consumo, gestão do corte/religamento, balanço energético, monitoramento de fraudes,

gerenciamento de demanda, tarifa diferenciada, pré-pagamento, etc), a integração P2B (Production to

Business) com os Sistemas Corporativos de ERP e CRM utilizando as melhores práticas de EAI –

Enterprise Application Integration, como forma eficiente de Proteção e Blindagem da Receita.

PALAVRAS-CHAVE

Perdas Técnicas, Perdas Comerciais, Medição de Energia, Medição Exteriorizada, Tele-medição.

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1. INTRODUÇÃO

Segundo Francisco1 (FRANCISCO, 2001), em 2001 a Coelba contabilizou perdas comerciais na

ordem de R$ 30.000.000,00, sendo observadas 25.000 ligações clandestinas. A Celpe2 em 2001

apresentou um faturamento de R$ 900.000.000,00 e perdas globais de 19,4%, o equivalente a R$

180.000.000,00. No ano de 2000, a ABRADEE3 apresentou um índice de perdas globais nos sistemas

de MT e BT de algumas empresas do setor, entre elas a Celesc (7,78%), Cemig (7,81%) e Light

(10,73%). Posto este cenário, é então proposta uma solução de hardware e software chamada SOME-

VIP capaz de minimizar essas perdas.

A Solução de Medição de Energia em Vias Públicas – SOME-VIP é concebida como um Sistema de

Automação Inteligente para Tele-medição, Tele-controle e Tele-supervisão de unidades consumidoras

atendidas em baixa tensão (individuais ou coletivas) sendo composta de:

• Centro de Operação da Medição com interface para os Sistemas Corporativos (Sistema de

Faturamento, Sistema de Geo-processamento, Sistemas de Corte e Religamento, COD, CRM);

• Concentrador SOME-VIP para exteriorização da medição;

Sua aplicação está fortemente relacionada à Blindagem da Receita, ou seja, permitir à Distribuidora

reduzir suas perdas técnicas e comerciais por meio de um sistema de medição centralizada de energia

com os medidores eletrônicos instalados externamente a unidade consumidora em concentradores nos

diversos circuitos secundários de distribuição trafegando as informações de medição e controle de

forma bidirecional entre esses circuitos e a Distribuidora.

Figura 1: Arquitetura 1 da solução SOME-VIP4

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Figura 2: Arquitetura 2 da solução SOME-VIP4

As principais características que o sistema provém são:

• Leitura automatizada de dados de medição de unidades consumidoras utilizando tecnologia de comunicação “wireless” (RF, GPRS, Satélite, Wi-Max, Wi-Fi, ZigBee) ou Power Line Carrier (PLC);

• Capacidade de realização de corte e religa de energia da unidade consumidora comandado

pelo Centro de Operação da Medição via interface Web;

• Integração com os Sistemas Corporativos, principalmente com o faturamento;

• Balanço energético com medição individualizada na saída dos transformadores;

• Endereçamento eletrônico individualizado por Concentrador SOME-VIP e por módulo de medição do consumidor;

• Proteção contra abertura indevida da tampa do concentrador;

• Detecção de superposição de fases para impedir o religamento não autorizado de unidades

consumidoras cortadas, evitando assim o curto-circuito;

• Medição de Energia Ativa e Reativa;

• Registro de demanda máxima com data e hora por posto horário;

• Opção de receber dados de display remoto localizado na unidade consumidora;

• Capacidade de realização de pré-pagamento;

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2. COMPOSIÇÃO DO SISTEMA

2.1. Centro de Operação da Medição O software do Centro de Operação da Medição foi desenvolvido utilizando as recomendações

oriundas da tecnologia J2EE, http://java.sun.com/j2ee/overview.html, servidor de aplicação JBOSS o

qual prove serviços XML, correio eletrônico, servidor WEB, possuindo os seguintes requisitos:

• Escalabilidade vertical e independência de Sistema Operacional: pode operar em diversas

plataformas de Sistema Operacional tais como LINUX, Windows XP, Windows 2000 Server,

Solaris, etc;

• Escalabilidade Horizontal: o sistema dispõe da capacidade de distribuição de carga de

processamento entre vários servidores que estejam provendo o mesmo serviço sem que ocorra,

assim, a necessidade da alteração da plataforma operacional;

• EIA – Enterprise Integration Application: possibilidade de integração com sistemas legados

através da utilização de ferramentas de integração do tipo open source.

Figura 2 - Arquitetura do Servidor de Aplicação do Centro de Operação da Medição5

Figura 3 – Modelo de aplicação do J2EE5

Seguindo a arquitetura de objetos distribuídos, o software é constituído de três camadas: camada de

apresentação (Presentation Tier), camada de lógica de negócios (Business Tier) e a camada de banco

de dados (BackEnd Tier). A camada de apresentação (Presentation Tier) é provida via servidor de

páginas WEB que assim que são inicializadas procuram pelos serviços adequados às suas necessidades

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na camada de lógica de negócios (Business Tier). A camada de negócios centraliza toda a lógica de

processamento das regras de negócios e reside no servidor de aplicações. Todo o acesso ao servidor de

banco de dados (BackEnd Tier) é feito pelo servidor de aplicações.

Figura 3 – Arquitetura de aplicação multi-tier4 Nesta arquitetura não há restrições para o número ou tipo de clientes que podem estar ativos em um

determinado instante, podendo inclusive haver várias instâncias de um mesmo cliente funcionando

concorrentemente. Servidores não ativos poderão existir na situação de reservas, os quais se tornaram

ativos após uma eventual falha ou queda do servidor principal.

Figura 4 – Estrutura de software do Centro de Operação da Medição4

O Centro de Operação da Medição portanto pode ser entendido como toda a infra-estrutura que

disponibiliza as informações relativas ao perfil de carga dos clientes, hábitos, tendências, solicitações

as quais estão organizadas para apoiarem as áreas de operação, planejamento, comercial, marketing e

engenharia das Concessionárias e usuários de intensivos não só de eletricidade, como água e gás

também.

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O Centro de Operação da Medição disponibiliza um único front end para o usuário mesmo que sua

infra-estrutura esteja baseada em diversos sub-sistemas, remotas, medidores, meios de comunicação,

permitindo também:

• Gerenciamento e compartilhamento de grande volume de dados;

• Disponibilidade 24x7;

• Modularização e reutilização;

• Ambiente multi-protocolo;

• Emissão de relatórios e análise gráfica.

Figura 5 – Visão do Centro de Operação da Medição Multi-utility4

2.2. Concentrador SOME-VIP para exteriorização da medição

O Concentrador SOME-VIP é um dispositivo eletro-eletrônico composto de:

• Módulo Inteligente de Processamento de Dados;

• Unidade de Comunicação Remota;

• Módulo de Medição (medidor eletrônico de energia);

• Relés de Corte e Religamento.

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É instalado nos postes dos circuitos secundários para fornecimento de energia em clientes

monofásicos, bifásicos e trifásicos com classificação residencial, comercial ou industrial. Os

Concentradores SOME-VIP permitem a alocação de medidores monofásicos de energia em número

variável típico entre 5 (cinco) e 16 (dezesseis) com seus respectivos módulos de corte e dispositivos

de proteção geral. Existem dois modelos de SOME-VIP: o primário e o secundário. O primário, com

maior complexidade de processamento e conectividade, é responsável por concentrar as informações

provenientes dos SOME-VIP secundários e transmiti-las ao Centro de Operação da Medição.

Figura 6 – Estrutura do Concentrador SOME-VIP4

O SOME-VIP possui também as seguintes características:

• Dispositivo contra abertura indevida da tampa, desconectando todos os clientes associados à

mesma;

• Ponto de fixação ao poste sem a necessidade de utilizar qualquer tipo de ferramenta especial;

• Temperatura de operação entre 0 e 70ºC;

• Grau de proteção IP55;

• Dimensões: 600 x 550 x 250 mm (altura x largura x profundidade). A comunicação de dados entre os Concentradores SOME-VIP Primários (mestres) e os Secundários

(escravos) e entre estes e o Centro de Operação da Medição é realizada pela Unidade de Comunicação

Remota através das seguintes tecnologias:

• Via PLC (Power Line Carrier) pela rede de baixa tensão;

• Rádio freqüência (Wi-Fi, Wi-Max, ZigBee, GPRS ou similar);

• Via PLC (Power Line Carrier) pela rede de média tensão;

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O Módulo Inteligente de Processamento de Dados é quem é responsável pelas funções de:

• Leitura automatizada de dados de medição de unidades consumidoras;

• Inteligência de operação do Corte e religa de energia da unidade;

• Balanço energético com medição individualizada na saída dos transformadores;

• Registro de demanda máxima com data e hora por posto horário;

• Monitoramento de fraudes;

• Gerenciamento de demanda, tarifa diferenciada e pré-pagamento;

• Geração de alarmes espontâneos e sua análise;

• Previsão de consumo e demanda;

• Asset Management (Gerenciamento de medidores);

O Módulo de medição (medidor eletrônico de energia ativa e reativa) e o Relé de corte e religamento,

comandados por meio de canal de comunicação full-duplex pela Unidade Inteligente de

Processamento de Dados, são responsáveis pela leitura de consumo e corte/religa da unidade

consumidora. Mecanicamente unidos, estes são conectados via socket ao barramento de alimentação

do gabinete mecânico do SOME-VIP. No invólucro do equipamento também há um disjuntor para

proteção do conjunto além de um micro-switch para detecção de abertura do painel. O equipamento é habilitado para o serviço de pré-pagamento para o qual é necessário contar com um display remoto

para que os clientes possam verificar seu consumo de energia e créditos disponíveis.

Figura 7 – Concentrador SOME-VIP e sua instalação típica4

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Figura 8 – Solução SOME-VIP4

3. CONCLUSÕES

Em decorrência dos trabalhos anteriormente desenvolvidos pelas Distribuidoras com estes tipos de

sistemas, destacando-se entre elas Eletropaulo5 e , estas empresas alcançaram um alto grau de

conhecimento dos problemas envolvidos, o qual pode ser sumarizado da seguinte forma:

• O mercado oferece soluções comerciais para tele-medição, análise de perdas, controle de

demanda, PLC, etc.;

• Soluções com baixo grau de integração com outros sistemas existentes com demandas

funcionais da Concessionária;

• Elevado custo de implantação e conseqüente limitação de escalabilidade.

No sentido de contornar os problemas conhecidos e endereçar corretamente as necessidades das

empresas, o foco neste momento é a redução no curto prazo das perdas comerciais através de uma

solução integrada que atenda às diversas demandas funcionais da companhia e que compartilhe ao

máximo a infra-estrutura física (preferencialmente a rede elétrica por meio do uso de PLC), agregando

valor tecnológico aos processos em vigor.

A solução apresentada neste artigo baseia-se portanto em três conceitos importantes no âmbito de

sistemas de combate a perdas comerciais de energia elétrica e Blindagem da Receita: Exteriorização

de Medidores, Conectividade (PLC ou Wireless) e Centro de Operação da Medição.

A exteriorização de medidores procura combater a fraude na medida em que parte das ações

irregulares ocorre no ramal de consumidor ou no medidor de energia instalado em edificação sobre seu

domínio. A forma de combate consiste em se retirar o medidor de dentro das instalações do

consumidor, passando-o para o poste (sob domínio da Concessionária) e fornecendo, via ramal de

consumidor, energia já medida.

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4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 FRANCISCO, L. Folha Dinheiro. Jornal Folha de São Paulo, 01 de Fevereiro de 2001.

2 JDP. Caderno de Economia. Jornal Diário de Pernambuco, 29 de Abril de 2001.

3 ABRADEE. Memória da eletricidade. Disponível em: http://www.abradee.com.br. Acesso

em: 25 de Outubro de 2002.

4 SENERGY DCO PC 004/06 – Sistema de Medição Centralizada. Belo Horizonte, Minas

Gerais, Fevereiro de 2006.

5 Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE) Overview: Disponível em:

http://java.sun.com/j2ee/overview.html. Acesso em: 12 de Abril de 2006.

6 CONCERT Technologies DOP RS 004/04 – SMC Sistema de Medição Centralizada –

Especificação de Requisitos. Belo Horizonte, Minas Gerais, 20 de Abril de 2004.