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Resumo – Este artigo apresenta o estudo do remanejamento de transformadores monofásicos de média tensão, com base em 69 transformadores pertencentes à AES Sul Distribuidora Gaúcha de Energia. O objetivo principal desta análise é verificar os benefícios para o sistema de distribuição resultantes do remanejamento dos transformadores de média tensão. Realizouse a comparação entre dois grupos de transformadores. O primeiro grupo, Potência Nominal, é composto pelos transformadores organizados de acordo com a AES Sul. O segundo grupo, Potência Real, é composto por estes, mas organizados de acordo com as condições estabelecidas no estudo. Verificou-se que o remanejamento dos transformadores de média tensão é um procedimento viável e que contribui com a eficiência do sistema de distribuição.

Palavras-Chave – Transformadores, Remanejamento, Eficiência Energética.

s transformadores de média tensão são um dos componentes do sistema de distribuição que mais geram perdas, cerca de 3% do total, perdendo apenas para as linhas de transmissão [1]. Uma opção viável que implique na redução destas perdas é o remanejamento dos transformadores instalados no sistema de distribuição. Isto resulta na liberação da potência que seria dissipada nas perdas permitindo a alimentação de novas cargas sem a necessidade de se investir em geração.

Nesse artigo é discutida a importância do remanejamento dos transformadores de média tensão na redução das perdas no sistema distribuição. Para tanto, foi realizada uma análise estatística na qual se utilizou dos dados coletados, através de medições em campo, em 69 transformadores monofásicos de média tensão pertencentes à AES Sul Distribuidora Gaúcha de Energia S.A.

A análise foi realizada através da comparação entre os resultados TSMP (Tempo Suprindo a Máxima Potência) obtidos antes e depois do remanejamento dos transformadores, nos quais apresentam potências de 5 kVA, 10 kVA e 15 kVA.

M. L. B. Martinez, E. T. Wanderley Neto, D. L. Coriolano, A. M. M.

Diniz, A. A. Nunes, Universidade Federal de Itajubá, Instituto de Sistemas Elétricos e Energia, Departamento de Sistemas de Potência, Laboratório de Alta Tensão. Caixa Postal 50, Itajubá, Minas Gerais, Brasil – 37.500-018. E-mail: martinez@lat-efei.org.br diego@lat-efei.org.br H. R. P. M. Oliveira, AES-SUL, Distribuidora Gaúcha de Energia S.A. E-mail: hermes.oliveira@aes.com

O grupo composto por transformadores não-remanejados foi denominado de Potência Nominal e o grupo composto por transformadores remanejados foi denominado de Potência Real. O grupo Potência Nominal é composto pelo conjunto de transformadores onde a potência considerada é a que está indicada na placa do equipamento. O grupo Potência Real é composto pelos transformadores cuja potência considerada é a máxima solicitada pela carga durante a semana.

O TSMP (Tempo Suprindo a Máxima Potência) e a

Demanda Máxima foram os fatores utilizados na análise. O TSMP indica o tempo total durante um dia (24 horas) que o transformador operando em plena carga necessita para apresentar as perdas série de um ciclo normal de carga média. O valor do TSMP pode ser obtido a partir da Equação 1.

i ni d SSn

TSMP(1)

Onde,

Si é a potência instantânea em Watts; Sn é a potência nominal em Watts; nd é o número de intervalos de tempo utilizados para discretizar a carga diária.

delimitada pela curva azul equivale ao valor do TSMP

A Figura 1 ilustra o comportamento do TSMP calculado a partir da curva de carga. Por definição, verifica-se que a área Fig. 2. Representação do TSMP através da demanda em função do tempo.

Estudo do Remanejamento de Transformadores

Instalados na Rede de Média Tensão

AES Sul Distribuidora Gaúcha de Energia SA

H. R. P. M. de Oliveira, E. L. Batista M. L. B. Martinez, E. T. Wanderley Neto, A. M. M. Diniz,A. A. Nunes,D. L. Coriolano

A partir da demanda máxima semanal solicitada pela carga, foi possível obter o conjunto de transformadores que compõe o grupo Potência Real, para isto, foram estabelecidas as seguintes condições:

Transformadores com demanda máxima semanal igual ou inferior a 4,25 kVA foram remanejados para o grupo de transformadores de 5 kVA;

Transformadores com demanda máxima semanal superior a 4,25 kVA e igual ou inferior a 8,5 kVA foram remanejados para o grupo de transformadores de 10 kVA; Transformadores com demanda máxima semanal superior a 8,5 kVA foram remanejados para o grupo de transformadores de 15 kVA.

O grupo Potência Nominal é composto por 10 transformadores de 5 kVA, 30 transformadores de 10 kVA e 29 transformadores de 15 kVA. Entretanto, ao utilizar as condições estabelecidas para que ocorresse o remanejamento foi criado o grupo Potência Real. Este grupo é composto por 2 transformadores de 5 kVA, 36 transformadores de 10 kVA e 1 transformadores de 15 kVA. Nota-se que tanto o grupo Potência Nominal quanto o grupo Potência Real é composto por 69 transformadores.

A. Análise das Distribuições

A partir da equação 1, foram calculados os TSMPs referentes a cada dia da semana para todos os transformadores analisados. A carga diária foi discretizada em intervalos de tempo de 5 minutos durante os cinco dias úteis da semana.

De posse dos valores dos TSMPs foram realizadas análises estatísticas em ambos os grupos de transformadores utilizando o Software Estatístico MINITAB 14®. Através deste Software foram construídos modelos estatísticos, baseados na utilização de distribuições de probabilidade, que melhor representassem os dados coletados.

Os modelos foram selecionados de acordo com o critério de

Anderson-Darling. As figuras de 3 a 8 ilustram os resultados obtidos das distribuições nas quais indicam o comportamento estatístico do TSMP referente às potências de 5 kVA, 10 kVA e 15 kVA para os dois grupos de transformadores.

Fig. 3 - Transformadores de 5 kVA, Potência Nominal.

Fig. 4 - Transformadores de 5 kVA, Potência Real.

As figuras 3 e 4 ilustram as distribuições de probabilidade dos TSMPs para os grupos Potência Nominal e Potência Real referentes aos transformadores de 5 kVA. Nota-se que os dados do grupo Potência Nominal se adequou melhor a distribuição Gamma, entretanto, os dados referentes ao grupo Potência Real apresentou maior adequação a distribuição Weibull. Após o remanejamento o número de transformadores de 5 kVA passou de 10 para 2, logo, torna-se perceptível a diferença de pontos ilustrados nas figuras 3 e 4.

Fig. 5 - Transformadores de 10 kVA, Potência Nominal. Fig. 6 - Transformadores de 10 kVA, Potência Real.

As figuras 5 e 6 ilustram as distribuições de probabilidade dos TSMPs para os grupos Potência Nominal e Potência Real referentes aos transformadores de 10 kVA. Observa-se que o grupo Potência Nominal, composto por 30 transformadores, se adequou melhor a distribuição Gamma e o grupo Potência Real, composto por 36 transformadores, apresentou maior adequação a distribuição Lognormal.

Fig. 7 - Transformadores de 15 kVA, Potência Nominal.

Fig. 8 - Transformadores de 15 kVA, Potência Real.

As figuras 7 e 8 ilustram as distribuições de probabilidade dos TSMPs para os grupos Potência Nominal e Potência Real referentes aos transformadores de 15 kVA. Ambos os grupos apresentaram melhor adequação a distribuição Loglogistic. O grupo Potência Nominal é composto por 29 transformadores e o grupo Potência Real é composto por 1 transformadores. Portanto, verificou-se uma redução significativa no número de transformadores de 15 kVA após o remanejamento, onde, dos 29 transformadores apenas 1 eram suficientes para suprir a demanda exigida.

B. Análise dos Dados Obtidos a Partir das Curvas de Probabilidade para o TSMP

Os dados coletados a partir das curvas de probabilidade, figuras de 1 a 8 oriundas do MINITAB 14®, foram inseridos nas tabelas, 1, 2 e 3, visando facilitar a análise. No entanto, apenas os dados referentes às probabilidades de 1, 5, 50, 95 e 9% foram coletados, visto que estes eram suficientes, pois trazem consigo todas as informações necessárias para uma conclusão desta análise.

A Tabela 1 apresenta os possíveis valores de TSMPs referentes aos grupos Potência Nominal e Potência Real para a potência de 5 kVA. Considera-se como valor mais provável a probabilidade de 50%, onde para este caso apresentou redução significativa em seu valor após o remanejamento dos transformadores. Este comportamento é devido à quantidade de transformadores que passaram a operar subcarregados no grupo formado após o remanejamento. Verificou-se que 9 dos 2 transformadores que compõem o grupo Potência Real operam com potência abaixo de 2,5 kVA.

TABELA 1 TSMPS EM HORAS/DIA REFERENTES À POTÊNCIA DE 5 KVA 5 kVA Potência Nominal Potência Real

Na Tabela 2 é possível observar os possíveis valores de

TSMPs referentes à potência de 10 kVA para os dois grupos estudados. Notou-se que houve um aumento do TSMP após o remanejamento dos transformadores. Verificou-se que este aumento ocorreu devido ao número de transformadores de 5 kVA (5 transformadores) e 15 kVA (13 transformadores) que foram remanejados para a potência de 10 kVA, pois apresentavam melhor adequação a esta potência.

TABELA 2 TSMPS EM HORAS/DIA REFERENTES À POTÊNCIA DE 10 KVA 10 kVA Potência Nominal Potência Real

A Tabela 3 apresenta os possíveis valores de TSMPs referentes aos grupos Potência Nominal e Potência Real para a potência de 15 kVA. Verificou-se o aumento significativo do TSMP após o remanejamento dos transformadores. Notou-se que este aumento ocorreu devido ao remanejamento de 18 transformadores para as potências de 5 kVA e 10 kVA, pois apresentavam uma demanda inferior a 8,5 kVA, e que implicavam em valores relativamente pequenos para o TSMP.

TABELA 3 TSMPS EM HORAS/DIA REFERENTES À POTÊNCIA DE 15 KVA

15 kVA Potência Nominal Potência Real

C. Análise dos Dados Obtidos a Partir das Curvas de Referência para a Demanda

As curvas de referência foram criadas a partir das demandas, medidas a cada 5 minutos em um período de 24 horas, referente aos dias úteis para os 69 transformadores analisados.

Com estas demandas foram obtidas 288 distribuições de probabilidade, cada uma relativa a um período específico de 5 minutos ao longo das 24 horas de um dia típico.

A partir dos resultados obtidos, foram desenvolvidas curvas da demanda versus tempo referentes às probabilidades de 1%, 5%, 50%, 95% e 9%, para os dois grupos de transformadores.

Neste trabalho foram ilustradas apenas as curvas referentes à probabilidade de 50%, pois a mesma agrega informações suficientes para a análise em questão.

As curvas de referência são apresentadas para as potências de 5 kVA, 10 kVA e 15 kVA, tanto para o grupo Potência Nominal quanto para o grupo Potência Real.

A Figura 9 ilustra a comparação entre as curvas de referência dos grupos Potência Nominal e Potência Real relativos à potência de 5 kVA.

Fig. 9 - Curvas de 50% para os transformadores de 5 kVA

Verificou-se que a curva composta por dados pertencentes ao grupo Potência Real apresentou uma média bem inferior à curva composta por dados do grupo Potência Nominal. Este comportamento é explicado devido ao número de transformadores que operavam subcarregados, pertencentes às potências de 10 kVA e 15 kVA do grupo Potência Nominal, e com o remanejamento foram adequados a potência de 5 kVA do grupo Potência Real.

Tratando-se de valores, verifica-se que 40,91% do número total de transformadores de 5 kVA pertencentes ao grupo Potência Real apresentam demandas máximas inferiores a 2,5 kVA, justificando o comportamento observado na Figura 9.

A Figura 10 ilustra a comparação entre as curvas de referência dos grupos Potência Nominal e Potência Real referentes à potência de 10 kVA. Observou-se que a curva composta por dados relativos ao grupo Potência Real apresentou valores superiores quando comparada a curva composta por dados do grupo Potência Nominal, ou seja, com o remanejamento dos transformadores os valores das demandas aumentaram.

Fig. 10 - Curvas de 50% para os transformadores de 10 kVA

A Figura 1 ilustra a comparação entre as curvas de referência dos grupos Potência Nominal e Potência Real relativos à potência de 15 kVA. Observou-se que o remanejamento dos transformadores resultou em um aumento da demanda em função do tempo.

Fig. 1 - Curvas de 50% para os transformadores de 10 kVA

Para fins de avaliação dos procedimentos de remanejamento, a partir das demandas utilizadas para desenvolver as curvas de referência ilustradas nas figuras 9, 10 e 1, foram calculados os TSMPs médios máximos relativos às potências de 5 kVA, 10 kVA e 15 kVA para os dois grupos de transformadores. Os valores dos TSMPs estão apresentados na Tabela 4.

Fluxo de po tênc ia (p.u.)

5 kVA - Curvas para 50% Potência Nominal

Potência Real

Gráfico do fluxo de potência versus o tempo (50%)

Fluxo de po tênc ia (p.u.)

10 kVA - Curvas para 50% Potência Nominal

Potência Real

Gráfico do fluxo de potência versus o tempo (50%)

Fluxo de po tên cia (p.u.)

15 kVA - Curvas para 50% Potência Nominal

Potência Real

Gráfico do fluxo de potência versus o tempo (50%)

TABELA 4 VALORES DE TSMPS OBTIDOS A PARTIR DAS CURVAS DE REFERÊNCIA PARA OS GRUPOS POTÊNCIA NOMINAL E POTÊNCIA REAL.

Potência Nominal Potência Real

Notou-se que os resultados obtidos a partir das curvas características apresentaram comportamento semelhante aos resultados obtidos a partir das curvas de probabilidade para o TSMP. Entretanto, esse comportamento não agrega o resultado correto da análise, principalmente por não retratar o comportamento real da carga devido às eliminações dos picos instantâneos resultantes das análises estatísticas realizadas a cada 5 minutos.

De acordo com as análises realizadas, referente à potência de 5 kVA, verificou-se que os TSMPs do grupo de transformadores Potência Real são significativamente inferiores aos do grupo de transformadores Potência Nominal, o que indica a existência de um desbalanço entre a distribuição da potência nominal em relação à carga suprida. Isto implica na existência de um grande conjunto de transformadores de 10 e 15 kVA trabalhando subcarregados, associado a um conjunto também razoável de transformadores de 5 kVA sobrecarregados. Observou-se que o grupo de transformadores Potência Real apresenta 9 transformadores, dos 2 que o compõem, com demandas máximas inferiores a 2,5 kVA, ou seja, 40,91% dos transformadores do grupo apresentam demandas máximas relativamente pequenas, impondo, com isso, em TSMPs relativamente curtos. Se isto é um problema para o conjunto de transformadores de 5 kVA se torna muito mais grave para transformador4es com potência superior.

No que se refere à potência de 10 kVA, verificou-se a partir dos resultados mostrados no estudo dos grupos de transformadores, que o grupo Potência Real apresentou um aumento significativo dos TSMPs quando comparado ao grupo Potência Nominal. O resultado obtido é devido ao grupo Potência Real apresentar uma amostra de dados composta de 36 demandas médias máximas, nas quais apresentam valores superiores e com menor dispersão quando comparados ao grupo Potência Nominal, composto por 30 transformadores. Portanto, após o remanejamento, as demandas apresentaram uma melhor adequação a potência de 10 kVA, obtendo, com isso, valores mais significativos para o TSMP.

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