A utilização crescente de equipamentos eletro-eletrônicos sensíveis a interferências e a adoção de novos critérios para avaliação da qualidade da energia fornecida têm resultado em um aumento do número de pesquisas desenvolvidas com o objetivo de se obter informações a respeito das características das sobretensões em redes de baixa tensão. Isto motivou a realização deste trabalho, que teve por objetivo analisar as sobretensões causadas por descargas atmosféricas próximas a redes secundárias. O estudo trata inicialmente das tensões transferidas para a rede de baixa tensão, via transformador, devido a tensões induzidas no primário. Para tal são utilizados resultados experimentais obtidos em modelo de linhas de distribuição em escala reduzida e também medições de tensões induzidas por descargas naturais em uma linha especialmente construída para estudo do fenômeno. Com o uso de um modelo de transformador de distribuição típico, de validade comprovada para avaliação de surtos transferidos, são analisadas as tensões transferidas para a rede secundária considerando-se diversas formas de onda no primário. Posteriormente são calculadas as tensões induzidas nas redes de baixa tensão por descargas incidentes em suas proximidades através do 'Extended Rusck Model' (ERM) – modelo de validade comprovada por meio de centenas de comparações entre tensões induzidas medidas e calculadas. O trabalho discute as influências, nas tensões induzidas, do modo de representação do transformador e das cargas conectadas ao secundário, valor da resistência de terra, amplitude e velocidade de propagação da corrente no canal, etc. A comparação entre as tensões induzidas em linhas convencionais e multiplexadas também é realizada. É analisado também o uso de dispositivos de proteção contra surtos na rede multiplexada tendo em vista a redução das amplitudes das tensões induzidas. Por fim são feitas comparações entre tensões induzidas e tensões transferidas via transformador à rede secundária considerando a mesma descarga atmosférica. / The growing use of electric and electronic equipment prone to electromagnetic interferences and the adoption of new criteria for evaluating the quality of the power supplied have increased the number of studies developed in order to obtain information regarding the characteristics of overvoltages on low-voltage networks. Such fact has motivated the development of this work, which aimed at analyzing overvoltages caused by lightning discharges near secondary networks. The study first covers voltages transferred to the low-voltage network through the transformer due to induced voltages on its primary terminals. In order to accomplish that, experimental results obtained on a reduced scale model are used, as well as measurements of natural lightning induced voltages on a line specially built to study the phenomena. The voltages transferred to the secondary network, considering several waveforms on the primary, are analyzed by using a typical distribution transformer model, proven valid for evaluating transferred surges. The study then presents the calculation of voltages induced on low-voltage networks by discharges on their vicinity through the 'Extended Rusck Model' (ERM) – a model that has been validated by hundreds of comparisons between measured and calculated induced voltages. This work discusses the influences on induced voltages of the manner of representing the transformer and the loads connected to the secondary, as well as grounding resistance, amplitude and stroke current propagation speed, etc. Comparisons between lightning induced voltages on open wire lines and on lines with twisted conductors are also made. The use of surge protective devices on lines with twisted conductors is analyzed, and the reduction of induced voltage amplitudes is investigated. Finally, induced voltages and voltages transferred to the secondary network through a transformer are compared, considering the same lightning discharge.

A definição de metas de qualidade no fornecimento de energia é feita atualmente através de análises comparativas entre redes semelhantes. Com isso visa-se a otimização dos recursos sem impactos nos investimentos e nas despesas de manutenção. Preceito desta metodologia é que não haja investimentos adicionais e que a qualidade melhore de modo similar à da rede usada como benchmark. Este modelo não consulta diretamente a opinião dos consumidores. Outra particularidade deste modelo é que nem sempre se pode garantir que as redes usadas como benchmark estão em uma situação de ótimo ou próxima dela. De qualquer forma este modelo deve saturar e então devem ser buscadas outras metodologias. Este trabalho apresenta as bases para o estabelecimento de metas de qualidade baseada nos custos de investimentos da concessionária e na opinião e nos custos dos consumidores. O impacto tarifário decorrente da inclusão da qualidade da energia no modelo econômico da concessionária também é analisado. Os resultados apresentados discutem as pesquisas de valoração do custo da qualidade para o consumidor, o estabelecimento de metas de qualidade e a avaliação dos investimentos da concessionária em qualidade da energia elétrica. / The definition of quality goals on the supply of electrical energy is nowadays made in Brazil through the comparison between similar networks. With that, the optimization of the resources is aimed without impacts on the investments and expenditures of maintenance. The precept of this methodology is not having any additional investments so that the quality improves in a similar way to the benchmark network. This model does not consult directly the opinion of consumers. Another particularity of this model is that the situation of the benchmark network cant always be assured to be on its optimal state or close to it. Therefore, this model is expected to saturate, and other methodologies must then be searched. This work presents the basis for the establishment of goals for quality based on the costs of the investments of the utilities and on the consumers costs and opinion. The impact on the rate that may result from the increase of the energy quality on the economical model of the utilities is also analyzed. The results presented discuss the research on valuation of quality cost for the consumer, the establishment of goals for quality and evaluation on the investments on energy quality made by the utilities.

A partir da reestruturação dos serviços públicos de energia elétrica, foi criada uma série de novas ferramentas regulatórias, simulando e/ou criando um ambiente competitivo, para que as empresas busquem continuamente a evolução de seus indicadores e custos. Com a edição da Resolução nº 024, de 27 de janeiro de 2000, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) atualizou a regulamentação dos aspectos relativos à continuidade do fornecimento de energia elétrica. As metas de continuidade são definidas através do cluster ao qual cada conjunto de consumidores está vinculado. Os conjuntos são agrupados pelas suas características físicas: área, km de rede primária, número de consumidores, potência de transformadores instalada e consumo médio do conjunto. Um dos pontos focais desta resolução é a possibilidade de uma concessionária agrupar unidades consumidoras, considerando as características técnicas específicas de seu sistema elétrico. Desta forma, o agente regulador permite que as concessionárias modifiquem seus conjuntos de consumidores, desde que fiquem evidenciadas vantagens técnicas, econômicas e sociais da nova proposta em relação ao critério vigente de agrupamento. Visando aperfeiçoar a utilização dos recursos, direcionando as ações para modicidade tarifária e considerando a capacidade de prover condições de atendimento homogêneo, este trabalho busca combinar os consumidores de uma concessionária em conjuntos que minimizem o risco de multa e a necessidade de investimentos nas redes. Este é um problema semelhante ao de redistribuição de eleitores nos distritos de votação nos EUA, conhecido como Political Districting. Para resolver o problema de explosão combinatória resultante das possíveis combinações de áreas e minimizar as multas, o modelo proposto neste trabalho utiliza técnicas de computação evolutiva. A metodologia é ilustrada alterando os 419 conjuntos iniciais de uma concessionária por meio de um algoritmo genético (AG) e um algoritmo imunológico (AI) que otimiza o resultado proposto, minimizando o risco de multas pelo não cumprimento das metas de continuidade. / From the restructuring of the Public Electric Power Sector, new regulatory tools were devised to simulate and create a competitive environment for companies to continuously seek targets for their indicators and costs. With the issue of Resolution nº 024 of January 27, 2000, the National Agency of Electric Energy (ANEEL) updated the rules in dealing with electricity supply continuity. The goals related to the continuity of service are defined through the cluster in which each set of consumers is bound. Consumers are grouped by their physical characteristics: area, length (km) of primary network, the number of consumers, power transformers installed capacity and average consumption. ANEEL allows the utilities to modify their sets of consumers, whenever the technical advantages, economic and social implications of the new proposal in relation to the current criterion of grouping become evident. Considering the possibility of avoiding unnecessary investments in networks, burdening the distribution tariff, this paper attempts to combine the consumers of a utility in sets that minimize the risk of penalties and network investments. This problem is similar to the redistribution in voting districts in the U.S., known as Political Districting. In order to solve the combinatorial explosion problem resulting from the possible combinations of areas and minimization of penalties, the model proposed in this paper uses evolutionary computation techniques. The case study alters the initial 419 sets of consumers of a utility through a genetic algorithm and an artificial immune algorithm, which were proposed to optimize the outcome, minimizing the risk of penalties in not meeting the goals related to continuity of service.

Este trabalho apresenta uma metodologia para estimação do conteúdo harmônico de corrente em transformadores de distribuição, utilizando como base de entrada os consumos registrados das diversas unidades consumidoras conectadas aos alimentadores de baixa tensão e campanha de medições de injeções harmônicas em amostra de transformadores de distribuição de uma empresa de distribuição de energia elétrica. A metodologia de análise proposta neste trabalho tem por objetivo, a partir de informações de percentagem de contribuição das diversas classes de consumo supridas por um transformador de distribuição, estimar a curva de carga de corrente harmônica ao longo de 7 dias da semana, incluindo dias úteis e final de semana. A aplicação e validação da metodologia é realizada por meio de medições em novos transformadores de distribuição selecionados aleatoriamente, para depois confrontar os valores estimados com os valores medidos. A metodologia se mostrou adequada para a aplicação a redes de distribuição de energia elétrica, apontando caminhos interessantes para desenvolvimentos futuros. / This MSc dissertation presents a methodology to estimate the harmonic content of currents in distribution transformers, using as input the amounts of consumption recorded over several consumer units connected to low voltage feeders as well as a measurement campaign of harmonic injections in a sample of distribution transformers in a power distribution company. The methodology proposed in this work aims at estimating the daily curve of load harmonic currents over a 7 day period, including weekdays and weekends, which is based on information from the contribution in power consumption from different consumer categories supplied by a distribution transformer. The methodology is applied and validated by comparing the estimated and measured values over a random selection of news distribution transformers. The methodology led to promising results showing that the application in electric power distribution networks should be successful and further developments are worthwhile being investigated.

A geração de energia elétrica através de grandes empreendimentos, sejam hídricos, térmicos ou nucleares demandam cada vez mais, grandes investimentos e longo período de tempo para início de operação. Em contrapartida, a demanda por este insumo básico para o desenvolvimento e manutenção da sociedade cresce cada vez a um ritmo mais acelerado. Visando atender a essa demanda, existe uma tendência global de instalar uma maior quantidade de pequenas unidades geradoras, ligadas diretamente à rede primária ou á rede secundária de distribuição. Tais unidades são usualmente denominadas de geração distribuída (GD) e dispersa (Gdd), respectivamente. Dentre as diversas vantagens obtidas por estas formas de geração poderá haver aumento da confiabilidade do sistema elétrico, a possibilidade de postergar investimentos necessários à rede de distribuição e a diversificação da matriz energética com maior possibilidade de uso de fontes renováveis de energia. A partir deste conceito foi desenvolvida uma metodologia, fundamentada na teoria de planejamento agregado, para identificar e quantificar potenciais unidades de geração distribuída na área da concessionária de distribuição de energia elétrica, avaliando os respectivos custos e benefícios de cada oportunidade. Por meio destes resultados é possível classificar e, conseqüentemente, priorizar as instalações com maior interesse tanto para o consumidor como, principalmente, para a concessionária local de distribuição de energia. De forma complementar, foram desenvolvidos modelos que possibilitem considerar a geração dispersa no planejamento da expansão dos sistemas de distribuição, bem como avaliar fatores que limitem sua expansão no Brasil. Este trabalho prioriza a análise sob ponto de vista da concessionária de energia elétrica, prática ainda não usual no Brasil, mas com grande potencial de aplicação. / The generation of electrical energy through large power plants (hydro, thermal or nuclear) demands, each time larger investments and high time to be ready for operation. In the other hand, the demand for electrical energy, that is so necessary for the development and maintenance of the society, is growing each day faster. Looking at the attendance of this demand, there is a global tendency to install a larger quantity of small generators, connected directly to the secondary or primary distribution grid of the electrical utility company. These units are known as distributed generation (GD) and dispersed generation (Gdd). Out of the many advantages through the use of distributed generation, the reliability growth in the electrical system, possibility of postpone necessary investments in the distribution network presents high importance and diversify the energetic matrix with the possibility of use renewable resources. From this concept, it was developed a routine, based on the theory of aggregated planning to identify and quantify potential units of distributed generation in the utility company area, evaluating the costs and benefits of each connection for the utility company. Through the results it will be possible the classification of the most interesting units, allowing the decision in conjoint between the consumer and the utility company. As a complement, it was developed mechanisms to make possible to consider disperse generation on the planning of distribution systems expansion. It was also made an evaluation of the factors that restrict the expansion of the disperse generation in Brazil. This thesis focus the analysis considering the utility company impacts, what is not used in Brazil but has a large potential of application.

Este trabalho apresenta as principais causas de desligamento de cubículos classe 15kV, restringindo-se aos cubículos conhecidos como cabines primárias, que fazem a interface entre a rede das concessionárias de energia e os consumidores primários. Conhecidas as razões pelas quais as cabines desligam, verificou-se quais são as taxas de falha presumidas para os componentes individuais como: chaves seccionadoras e seus acessórios, disjuntores e suas bobinas, relés de proteção de sobrecorrente, transformadores de corrente e de potencial, componentes de serviços auxiliares, etc. Para avaliar a taxa de falhas das diversas configurações possíveis foram estabelecidos dezoito modelos específicos e estudadas matematicamente suas taxas de falha. Para tanto, foram utilizados os padrões estabelecidos pelas concessionárias Brasileiras como AES-ELETROPAULO, ESCELSA e CPFL, além da proposição de modelo que pode ser considerado como OTIMIZADO. Com base na experiência adquirida com os modelos estudados foi possível ainda a proposição de mecanismos de melhoria dos índices de desligamento. / This study is intended to explore the main causes of failure in 15kV switchgears, restricted to primary equipments making the interface between the Utility and the consumers. Discovering the reasons of the failures, the individual failure rates of each components was noted, as following: switches and its acessories, circuit breakers and its coils, overcurrent relays, current and voltage transformers, auxiliary circuits, etc. Analyzing the failure rates of many possible configurations of eighteen particular models, a mathematical failure rate study was achieved. A Brazilian standards, used by Energy Companies like AES-ELETROPAULO, ESCELSA and CPFL, was used to achieve the results and a optimized model could be proposed. Based on the acquired experienced during this study, it was possible to offer new techniques to decrease the failure rates.

O gerenciamento dos custos com a compra de energia elétrica para atendimento do mercado consumidor é um assunto que assumiu, nos últimos anos, papel relevante nas distribuidoras. Este fenômeno pode ser explicado pela crescente participação dos custos de energia comprada, para suprimento do mercado cativo, no desempenho operacional dessas empresas, bem como pelas recentes alterações na regulamentação que agregaram ao processo da compra a necessidade de um altíssimo nível de assertividade. Considerando a existência de uma lacuna na literatura da área, a despeito de trabalhos que tratam do entendimento e gerenciamento do repasse dos custos com a compra de energia elétrica pelas distribuidoras e da análise de riscos associados às incertezas pertinentes ao processo, propõe-se, neste trabalho, uma metodologia para representar os custos com a compra de energia elétrica no fluxo de caixa da distribuidora, assim como modelo que auxilie no gerenciamento dos riscos associados aos desvios das variáveis que compõem o processo, em relação a um cenário de referência. Para tanto, são apresentadas, através de equações, as regras de repasse com a aquisição de energia elétrica para a tarifa de fornecimento do consumidor final e uma metodologia empírica para análise de risco baseada em modelagem estatística, com o suporte de modelos econométricos, permitindo uma varredura de cenários plausíveis via simulação Monte Carlo. Com isso, para uma compra energia que atenda às necessidades de consumo de uma distribuidora ao longo de um ano, tal modelo deve ser capaz de informar a disponibilidade de caixa da empresa para fazer frente às despesas com a compra de energia em determinada data futura ou, ainda, deve ser capaz de permitir a avaliação do valor presente resultante dos desembolsos versus recebimentos ao final do período de repasse, aferidos através de metodologia com enfoque probabilístico. / The management of the costs related to electric energy purchase to supply the market is an issue that assumed, in the last years, a relevant role in the distribution companies. This phenomenon may be explained by the increasing participation of the quoted costs in the operational performance of such companies and by the recent changes in the rules which brought to the energy acquisition process a need of very high assertiveness. Considering the existence of an important gap in the area literature, in despite of papers which approach the understanding and management of cost pass through with electric energy purchase by the distributors, and the risk analysis connected to the uncertainties relevant to the process, in this work it is developed a new methodology to represent the costs with electric energy purchase in the distributors cash flow, as well as a model that helps in the management of risks related to the variable changes in relation to a reference scenario for the whole process. In this way, the energy supply costs pass through rules are presented with the aid of mathematical equations, as well as an empirical methodology is proposed, taking advantage of statistical and econometric models, in order to making feasible a Monte Carlo simulation aiming at screening the universe of scenarios that could happen in real life. Furthermore, giving the energy supply costs throughout one year, the model should be capable to forecast the company cash available to face these costs in a certain future date and, besides that, the model should be capable to calculate the present value arising from the disbursement versus the receipts along the time, till the end of the pass through period, in a probabilistic focus.

As redes elétricas inteligentes significam um novo paradigma de fornecimento de energia, cuja concepção integra várias áreas de concentração, novas funcionalidades e funções até então não realizáveis, bem como uma pluralidade de tecnologias e a necessidade de infraestrutura de apoio para a sua realização. A transição das redes elétricas atuais para o modelo de rede inteligente constitui-se num processo complexo, que envolve aspectos técnicos, econômicos, regulatórios e sociológicos. Esta pesquisa visa contribuir significativamente para a solução dessa questão pela proposição das bases conceituais para realizar efetivamente um plano de implementação, respeitando condições vigentes e impostas por cenários de outros setores. O modelo proposto, centrado na expansão da automação, lança as bases para a análise dos impactos da rede elétrica inteligente, para a formulação, análise e seleção de alternativas de implementação. É introduzido o conceito e forma de avaliação de uma rede por meio da definição de um índice de inteligência de uma rede elétrica, composto de vários indicadores, de forma a expressar padrões de eficiência energética e operativa, aspectos de gestão de ativos e da qualidade do serviço. A proposta de alternativas para evolução da automação se baseia em um conjunto de funções pré-estabelecidas, que melhoram os indicadores de desempenho e apresentam custos e benefícios quantificáveis. / The smart grids mean a new paragon for energy supply, whose concept integrates several areas of concentration, functionalities and functions non achievable up to now, as well as a plurality of technologies and the need of supporting infrastructure for its accomplishment. The transition of the present electrical networks to the smart grid model constitutes a complex process, which involves technical, economical, regulatory and sociological aspects. This research aims to contribute significantly to the solution of this issue by proposing the conceptual basis for effectively perform an implementation plan taking into account the constraints imposed by scenarios from other sectors. The proposed model, focused in automation expansion, launches the basis for the impact analysis of Smart Grid in order to formulate, analyze and selection alternatives of implementation. The concept and evaluation method of grid through the definition of a grid intelligence index, composed by several indicators is introduced in order to express standards of energy and operational efficiency, asset management and quality of supply. The proposal of alternatives for automation evolution is based on a set of pre established functions, which improve the performance indicators and present valuable costs and benefits.

Com a reestruturação do modelo do setor elétrico brasileiro, a partir do Projeto RE-SEB, as empresas de distribuição de energia elétrica no Brasil tiveram que se adequar às novas regras de mercado, bem como alterar a sua maneira de administrar a empresa. Com o conceito de regulação por incentivos e competição por mercado, e não competição no mercado, novos mecanismos de mitigação de riscos de mercado foram introduzidos no modelo do setor elétrico, de tal forma que as empresas de distribuição de energia elétrica sejam ressarcidas de maneira justa pelo serviço prestado à sociedade. Diante desse contexto, a gestão eficiente da empresa e, conseqüentemente, o fato de atingir as metas de desempenho pré-estabelecidas pela alta administração de cada distribuidora depende cada vez mais do conhecimento das regras de mercado por seus colaboradores, bem como da utilização dos mecanismos de mitigação de riscos de mercado das distribuidoras. Assim, esse trabalho pretende analisar os principais mecanismos de mitigação de riscos de mercado das distribuidoras envolvidos no processo de repasse dos custos de aquisição de energia elétrica às tarifas dos consumidores finais, bem como avaliar os dispositivos previstos na regulamentação legal, inserindo um estudo de caso que analisa o portfólio de contratação de uma empresa de distribuição de energia elétrica fictícia, simulando variações nos níveis de contratação da mesma bem como no portfólio, avaliando a utilização dos mecanismos de mitigação de riscos de mercado e as alternativas simuladas, como também identificando os pontos de sucesso e os pontos a serem melhorados na gestão e contratação da distribuidora. / As the restructuring of the model of the Brazilian electric sector, with the Project RE-SEB, the electric energy distribution companies in Brazil had to adjust themselves to the new rules of the market, as well as modify their way of manage the company. As the concept of regulation for incentives (price cap model) and competition by market, and not competition in the market, new mechanisms to reduce the risks of the market had been introduced in the model of the electric sector, in such a way that the electric energy distribution companies receive a fair revenue for the service delivered to the society. In this perspective, the efficient management of the company and, consequently, the fact of reaching the goals in the performance targets established by the high administration, depends on the deep knowledge of the rules of market by its technical team , as well as the use of the mechanisms to reduce the risks of the market of the distribution utilities. In this way, this work intends to analyze (i) the main mechanisms available to the distribution companies in order to mitigate the market risks in the process of contract energy supply and to pass-though such costs to the final consumers, as well as (ii) evaluate the rules implemented in the legal regulation framework. Furthermore, to illustrate the analysis, a case study was developed focusing the contract portfolio of a fictitious distribution company, simulating variations in the contracted energy volume as well as in the portfolio composition, evaluating the uses of the mitigation mechanisms of the market risks and solution alternatives to minimize such risks, searching for improvements that could be made in the management strategy of energy supply contracting.

O desafio atual para a regulação e fiscalização dos serviços públicos de distribuição de energia elétrica é incentivar a melhoria da qualidade nos serviços, promovendo uma melhor satisfação dos usuários, e garantir que sejam criados incentivos à expansão do setor. Devido à sua extensão e à diversidade de suas instalações, aliadas à regulação ainda em consolidação, a função das agências reguladoras e fiscalizadoras ainda depende da discricionariedade para a resolução de alguns problemas isolados, compreendidos ou não pelo arcabouço legal constituído para o setor. Devido a estes fatores, além da própria limitação física das agências, torna-se fundamental e imprescindível uma ferramenta de apoio à fiscalização. O sistema proposto neste trabalho está baseado nas regras atuais de fiscalização exercidas pelas agências de fiscalização de energia elétrica. Compreende as áreas de atendimento comercial, fiscalização econômico-financeira, informações da engenharia de distribuição, mercado energético, operação e manutenção das redes de distribuição, informações de planejamento, qualidade do fornecimento, segurança e monitoração dos níveis de tensão, parte dos requisitos para a avaliação global da qualidade dos serviços prestados, exercício fundamental para garantir que a fiscalização exerça a sua função primordial: controlar e fazer cumprir as regras definidas pela regulação. / The current challenge for the electric energy distribution utilities regulation and fiscalization is to stimulate the improvement of the quality in the services, promoting better satisfaction of the customers, and to guarantee that incentives to the expansion of the sector are created. Due to its extension and diversity of its installations, allied to the regulation still in consolidation, the function of the Brazilian regulation and fiscalization agencies still depends on the discretionary power for the resolution of some isolated problems, understood or not for the sector law outline constituted. These factors, beyond the proper physical limitation of the agencies, a support tool becomes essential and indispensable to the fiscalization. The developed system in this project is based on the current rules of fiscalization exerted by the electric energy fiscalization agencies. It includes the areas of commercial attendance, economic-financier fiscalization, distribution engineering information, energy market, operation and maintenance of the power distribution systems, corporate plan information, power supply quality, security and supervision of the tension levels, requirement parts for the global evaluation of the public services quality, basic exercise to guarantee the fiscalization primordial function: to control and to make implement the regulation defined rules.