Metodologia para a determinação dos índices de confiabilidade em subestações de energia elétrica com ênfase nos impactos sociais de uma falha

Edição 116 – Setembro de 2015
Espaço IEEE
Por Jair Barbosa, Ricardo dos Santos, Jesus Romero, Patrícia Asano e João Batista Camargo Junior* 

Atualmente, a sociedade tem uma forte dependência da energia elétrica, sendo praticamente impossível imaginar o que poderia acontecer se faltasse esta matéria-prima primordial para o desenvolvimento de um país. A importância do constante fornecimento de energia elétrica para uma nação é inquestionável, visto que este proporciona uma confortável vida cotidiana para a sociedade, além de um efetivo movimento no comércio e na produção industrial.

Neste contexto, a finalidade do sistema elétrico de potência é produzir (com fontes renováveis e não renováveis), transportar e distribuir a energia elétrica de forma segura e confiável. Esta última etapa é responsável pelo fornecimento de energia para os centros residenciais, comerciais e industriais.

Visando discutir soluções mais apropriadas aos desafios atuais na área de distribuição de energia elétrica, pesquisas buscam identificar soluções viáveis para melhorar os índices de confiabilidade e disponibilidade das subestações de distribuição de energia elétrica. Tal medida visa reduzir o número de interrupções no fornecimento de energia elétrica e, consequentemente, minimizar os impactos ambientais, sociais, econômicos e técnicos decorrentes dessas interrupções não programadas. Nesse sentido, para atender de forma mais segura e adequada ao consumidor de energia elétrica, índices mínimos de qualidade de fornecimento de energia são exigidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) demandando constante esforço e investimento nas áreas de pesquisa e desenvolvimento das empresas do setor energético.

Casos os índices estabelecidos pela Aneel não sejam atingidos, penalidades são aplicadas às agências de distribuição/transmissão de energia elétrica. Além disso, as falhas nos sistemas elétricos muitas vezes geram impactos imensuráveis, em termos sociais, financeiros e relacionados ao desgaste dos equipamentos elétricos.

Outro fator relevante é o elevado custo com manutenções corretivas em subestações de energia elétrica, o qual pode ser minimizado por meio de uma precisa análise de custo-benefício no momento de direcionar os investimentos e/ou especificar o tipo e a quantidade de equipamentos necessários.

O estudo de confiabilidade/disponibilidade de subestação pode dar subsídios para tal direcionamento dos investimentos, uma vez que uma dificuldade encontrada pelas concessionárias de energia elétrica é determinar os pontos mais vulneráveis do sistema.

Muitas ferramentas e metodologias estão disponíveis para estudos de confiabilidade de subestações, incluindo Método de Monte Carlo, Árvore de Falhas, Método de Markov, Diagrama de Redes, entre outros. O problema a ser equacionado neste cenário é identificar por meio da relação “porte do sistema” versus “dados disponíveis” o método mais apropriado para uma situação específica.

Sendo assim, visando o desenvolvimento de uma metodologia alternativa que atenda às necessidades operativas supracitadas, foi desenvolvido um trabalho de investigação que adota a aplicação simultânea da técnica de Árvore de Falhas e do método de Monte Carlo, permitindo a determinação dos índices de confiabilidade/disponibilidade de subestações de energia elétrica. Neste caso, o método da Árvore de Falhas permite identificar graficamente os pontos que podem conduzir a subestação a uma situação de falha, enquanto o Método de Monte Carlo permite definir qual é a probabilidade de ocorrência de cada ponto presente na Árvore de Falhas.

Vale ressaltar que a metodologia identifica os pontos vulneráveis, a probabilidade de falha e a indisponibilidade para qualquer arranjo de subestação, com o objetivo de elevar os índices de confiabilidade, elevar a vida útil dos componentes e proporcionar um esquema otimizado de manutenção preventiva para as concessionárias. Consequentemente, o resultado desse trabalho visa diminuir a frequência dos cortes de energia não programados e seus respectivos impactos ambientais, sociais, econômicos e técnicos.

A título de exemplo, a Figura 1 apresenta a probabilidade de falha calculada para três diferentes arranjos de subestações, sendo, no primeiro caso, utilizado o conhecido método de Diagrama de Redes (interligação de blocos com dados para estudo de confiabilidade), enquanto, no segundo caso, utilizado o método baseado em Árvore de Falhas e Simulação de Monte Carlo.

Figura 1 – Probabilidade de falha para três diferentes arranjos de subestação: a) Método de Redes; b) Método Proposto.

Finalizando, pode-se afirmar que o esforço na direção de mais uma alternativa para o estudo de confiabilidade/disponibilidade de subestações é justificado pela importância que as mesmas representam para a sociedade. Observa-se que, atualmente, as questões sociais e técnicas estão fortemente relacionadas, sendo um dever de todos os envolvidos, na busca por soluções viáveis, atender adequadamente as duas áreas.

*Prof. Msc. Jair Diaz Barbosa – Universidade de Santander, Sede Bucaramanga – Colômbia;

*Prof. Dr. Ricardo Caneloi dos Santos – Universidade Federal do ABC, Santo André (SP);

*Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero – Universidade Federal do ABC, Santo André (SP);

*Profª. Dra. Patrícia Teixeira Leite Asano – Universidade Federal do ABC, Santo André (SP) e membro IEEE;

*Prof. Dr. João Batista Camargo Júnior – Universidade de

São Paulo – USP, São Paulo (SP).