REDUÇÃO DE PERDAS ATRAVÉS DA INSTALAÇÃO DE TRANSFORMADORES COM NÚCLEO AMORFO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

REDUÇÃO DE PERDAS ATRAVÉS DA INSTALAÇÃO DE TRANSFORMADORES COM NÚCLEO AMORFO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

Gustavo Soares Martins da Costa1 e Wadaed Uturbey da Costa2

 Universidade Federal de Minas Gerais, UFMG, Belo Horizonte - MG.

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Abstract: This work studies the possibility of saving energy by replacing distribution transformers core materials: the conventional grain-orientated (CGO) steel cores are replaced by cores of amorphous material. The substitution is supposed to take place during a long time. The energy and demand gains that could be obtained are determined and a monetary valuation is accomplished. Transformers losses data given by the ABNT NBR 5440:1999 rule and from the 2011 review project of NBR 5440 are used. For cores of amorphous material there are no rules, therefore, typical losses provided in the literature are used. The analysis is based on real data from a Brazilian distribution utility. Obtained results indicate savings of 4,91 TWh and 686 MW. Copyright © 2011 CBEE/ABEE

Keywords: Distribution Transformers. Technical Losses (also referred to as “physical losses”). Hysteresis losses (also referred to as “no-load losses”). Amorphous Core Material. Tariff Modicity. Energy Efficiency Programs.

Resumo: Este trabalho estuda a possibilidade de economia de energia proveniente da substituição de transformadores convencionais de FeSi por transformadores com núcleo de metal amorfo em sistemas de distribuição, no longo prazo. Determinam-se os ganhos em energia e em demanda e realiza-se a valoração monetária dos mesmos. Utilizam-se valores de perdas da norma NBR 5440:1999, valores do projeto de revisão da norma e valores de perdas para transformadores de núcleo amorfo disponíveis na literatura. A análise é baseada em dados reais de uma concessionária brasileira e os resultados sinalizam uma economia acumulada de 4,91 TWh e 686 MW.

Palavras Chaves: Transformadores de Distribuição. Perdas Técnicas. Perdas em Vazio. Núcleo de Metal Amorfo. Modicidade tarifária. Programas de Eficiência Energética.

1. INTRODUÇÃO

Os transformadores são equipamentos essenciais em sistemas elétricos de potência, atuando na adequação dos níveis de tensão ao longo do processo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Nas redes de distribuição aérea, são equipamentos com tensão primária inferior a 36 kV e potência nominal entre 10 e 2500 kVA, quando isolados e refrigerados a óleo, sendo responsáveis pela redução da tensão para níveis inferiores a 600 V, próprios para alimentação de consumidores residenciais, comerciais e industriais de pequeno porte.

Durante sua operação, os transformadores introduzem perdas nos sistemas de energia de elétrica. Estas perdas são classificadas como perdas em carga, diretamente proporcionais ao quadrado da corrente de carga, e perdas em vazio, que independem da potência demandada pela rede e ocorrem sempre que o transformador está em operação.

As perdas em transformadores de distribuição constituem uma quantidade expressiva de energia. Segundo Couto (2010), as perdas elétricas nesses transformadores foram, no mundo, durante o ano de 2005, cerca de 376 TWh/ano. No Brasil, após término do segundo ciclo de Revisão Tarifária Periódica, no ano 2008, constatou-se que as perdas em transformadores de distribuição corresponderam, em média, a 5,9 TWh/ano.

A parcela dos custos associados à implantação, operação e manutenção de sistemas de energia elétrica relacionada aos  transformadores de distribuição é bastante significativa. Por esse motivo, estes transformadores  tem sido alvo de ações de eficientização em diversos países do mundo (COUTO, 2010).

Dentre os desenvolvimentos tecnológicos que visam a diminuição das perdas em transformadores, destaca-se a utilização de aço de metal amorfo na fabricação de núcleos de transformadores de distribuição, que permite reduções das perdas em vazio de 60% a 70%, quando comparados com os valores estabelecidos pela norma atualmente vigente, Norma Técnica ABNT NBR 5440:1999 (ABNT, 1999).

Este trabalho apresenta uma avaliação dos ganhos provenientes da substituição de transformadores convencionais com núcleo de ferro-silício (FeSi) de redes aéreas de distribuição por transformadores com núcleo de metal amorfo, a partir da análise sobre dados da concessionária Cemig Distribuição. São utlizados dados de (COUTO, 2010).

O artigo está organizado em quatro seções, além desta introdução. Na seção 2 apresenta-se uma descrição de valores de perdas técnicas em sistemas de distribuição. A metodologia adotada no estudo e os dados utilizados são descritos na seção 3.  A seção 4 apresenta os resultados obtidos e, finalmente, a seção 5 conclui o trabalho.

1. PERDAS EM TRANSFORMADORES

As perdas totais nas redes elétricas no mundo, no ano de 2005, correspondem a 1.255 TWh, o qual  representa  9,01% de toda a energia elétrica injetada nos sistemas elétricos (COUTO, 2010). O custo associado a essas perdas é de US$ 61 bilhões. Além do mais, estima-se que as mencionadas perdas são responsáveis pela emissão de mais de 700 milhões de toneladas de CO2, contribuindo para o aumento do efeito estufa. Os transformadores de distribuição são responsáveis por aproximadamente 30% das perdas totais.

Já no Brasil, foram injetados aproximadamente      370 TWh/ano no sistema elétrico de distribuição, conforme dados compilados do segundo ciclo de Revisão Tarifária Periódica (RTP) das concessionárias de serviço público de distribuição (COUTO, 2010).

A Tabela 1 apresenta as perdas técnicas correspondentes aos segmentos do sistema de distribuição brasileiro que mais impactam na composição das perdas totais. Observa-se que as perdas técnicas totais no Sistem Interligado Nacional (SIN) são iguais a 26,05 TWh/ano, o que representa o 7,05% de toda a energia injetada no SIN e 51,46% do montante global de perdas elétricas (técnicas e não técnicas). Já as perdas não técnicas somam 6,64% da energia injetada, totalizando 13,69% de perdas elétricas globais. Destaca-se que as perdas técnicas nos sistemas de média e baixa tensão, compostos pelos segmentos A4 (redes de distribuição de média tensão de 25 kV a 2,3 kV), A4/B (transformadores de até 25 kV que reduzem  para baixa tensão); B (redes de baixa tensão  com tensão inferior ou igual a 1 kV) e Medidores e Ramais, correspondem a 4,35% de toda a energia injetada no SIN. Observa-se, ainda na Tabela 1, que as perdas técnicas dos transformadores A4/B correspondem a 1,60% sobre a energia total injetada ou 22,64% das perdas técnicas totais. Esse segmento responde também por 36,67% das perdas técnicas dos segmentos de média e baixa tensão (A4, A4/B, B e medidores e ramais). Além disso, considerando que a participação das perdas técnicas dos transformadores de todos os segmentos dos sistemas de alta, média e baixa tensão totaliza 2,12% de toda a energia injetada, conclui-se também que os transformadores A4/B são responsáveis por 75% da participação dos transformadores sobre o montante de perdas técnicas.