AUTORES

EDSON BARBEIRO ARTIBANI LUIZ ROGÉRIO PRENDES OTÁVIO FERREIRA DE ALMEIDA

TÍTULO

Demanda elétrica de tração – análise e gerenciamento

OBJETIVO

DESENVOLVER UMA METODOLOGIA PARA CONHECER E ESTIMAR A DEMANDA ELÉTRICA EM SUBESTAÇÃO DE TRAÇÃO

• MERCADO LIVRE DE ENERGIA (MIGRAÇÃO CPTM) • METODOLOGIA • DEFINIÇÕES

DESENVOLVIMENTO

VANTAGEM:

­ CUSTO MÉDIO MEGAWATTHORA R$154,20 (LIVRE) X R$216,11 (CATIVO)

DESVANTAGEM:

­ DEMANDA INDIVIDUALIZADA, REQUER CONTROLE DE DEMANDA MAIS EFICAZ.

• MERCADO LIVRE DE ENERGIA

A ENERGIA ELÉTRICA DE TRAÇÃO UTILIZADA É ADQUIRIDA ATRAVÉS DE LEILÃO.

Se DR ≤ DC ⇔ DF = DC X TR

Se DC ≤ DR ≤ (DC X 1,05*) ⇔ DF = DR X TR

Se DR > (DC X 1,05*) ⇔ DF = (DC X TR) + [(DR – DC) X TU]

DC = Demanda Contratada

DR = Demanda Registrada

DF = Demanda Faturada

TU = Tarifa de Ultrapassagem (3 vezes TR)

TR = Tarifa Regular

(*) = Tolerância Máxima (5%)

FORMA DE COBRANÇA DA DEMANDA

ESTIMAR A DEMANDA ELÉTRICA, ATRAVÉS DE CÁLCULOS DENTRO DOS DOMÍNIOS DAS SUBESTAÇÕES DA CPTM, UTILIZANDO OS SEGUINTES DADOS:

• REGISTROS DOS TRENS (MEDIÇÕES FÍSICAS E ELÉTRICAS); • GRÁFICO HORÁRIO; • SUBESTAÇÃO, REDE AÉREA E VIA PERMANENTE; • GRÁFICO DE DEMANDA DA CONCESSIONÁRIA.

• METODOLOGIA

DOMÍNIO ELÉTRICO – É TODO O CIRCUITO ELÉTRICO QUE UMA SUBESTAÇÃO CONTRIBUI PARA O SUPRIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA DE TRAÇÃO.

SUBDOMÍNIO – É A DIVISÃO DO DOMÍNIO DE UMA SUBESTAÇÃO.

• DEFINIÇÕES

DOMÍNIO ELÉTRICO

Subestação 1 Subestação 5

Dominio elétrico da subestação 1 Dominio elétrico da subestação 4 Dominio elétrico da subestação 2 Dominio elétrico da subestação 5 Dominio elétrico da subestação 3 Dominio elétrico da subestação 6

Subestação 2 Subestação 3 Subestação 4

Linha B

Linha C

X1 X4 X5

Subestação 6 X6

POSIÇÃO X2 X3

SUBDOMÍNIO ELÉTRICO

S/E 2

% %

X 1 X2 POSIÇÃO

% % % % %

S/E 1

Pontos centrais dos subdomínios A B

X

• CORRENTE ELÉTRICA MÉDIA DO TREM;

• TENSÃO DE SÁIDA DAS SUBESTAÇÕES E SUAS RESISTÊNCIAS INTERNAS;

• RESISTIVIDADE ­ CATENÁRIA E TRILHO.

CÁLCULO DA PORCENTAGEM

CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE

Análise Nodal : [ ] [ ] [ ] I V Y = ×

Admitâncias em (1/Ω)

[ ]

− − −

− =

05 , 21 05 , 1 0 05 , 1 55 , 12 5 , 11 0 5 , 11 5 , 21

Y [ ]

=

3

2

1

V V V

V [ ]

− = kA 60 889 kA 30

I

[ ] [ ] [ ] I Y V 1 × = −

V1= 2925,02 volts V2= 2859,83 volts V3= 2993,01 volts

I BFU = (2925,02­2859,83)/0,087 = 749,31 A ≅ ⇒ 842 , 0 85%

I ILE = (2993,01­2859,83)/0,948 = 140,49 A ≅ ⇒ 158 , 0 15%

IBFU= 85%

IILE= 15%

sentido Itapevi DOMÍNIO DA S/E Barra Funda KM 0,781 ao KM 10,89 sentido Julio Prestes KM 10,89 ao KM 0,781 sentido Itapevi DOMÍNIO DA S/E Imp Leopoldina KM 3,99 ao KM 10,89 sentido Julio Prestes DOMÍNIO DA S/E Imp Leopoldina KM 10,89 ao KM 3,99

85 70 45 60 15 30 55 40

% %

Pontos centrais dos subdomínios

% Legenda

9,17 10,32

10,89 3,99

55 40 85 70

S/E Barra Funda S/E Imperatriz Leopoldina 8 MW

KM 10,89

25

75 90

4,57 5,72 6,87 8,02

15 30 45 60

10

25 10 75 90

Linha B

POTÊNCIA POSIÇÃO

4 MW KM 3,99

0,78 km Linha B

DOMÍNIO DA S/E Barra Funda

5,14 6,29 7,44 8,59 9,74

%

100

100

Gráfico horário de Trens realizado Linha B

0,718

3,686

7,039

9,156

11,325

14,247 15,946

18,253 19,384 20,077

22,437 23,804 24,965

27,052

28,845

31,147

34,321 36,001

16:30:00

16:45:00

17:00:00

17:15:00

17:30:00

17:45:00

18:00:00

18:15:00

18:30:00

18:45:00

19:00:00

19:15:00

19:30:00

19:45:00

20:00:00

20:15:00

20:30:00

20:45:00

21:00:00

21:15:00

21:30:00

Referência Quilométric

a das Es

tações

Gráfico horário de Trens realizado das 18h15 às 18h30

0,718

3,998

5,14

6,29

7,44

8,59

9,74

10,89

18:14:00

18:15:00

18:16:00

18:17:00

18:18:00

18:19:00

18:20:00

18:21:00

18:22:00

18:23:00

18:24:00

18:25:00

18:26:00

18:27:00

18:28:00

18:29:00

18:30:00

Km

S/E BFU SUBESTAÇÃO BARRA FUNDA

S/E ILE SUBESTAÇÃO IMPERATRIZ LEOPOLDINA

Subdomínios

UB 155 UB 157

UB 159

UB 161 UB 146

UB 148

UB 150

UB 152 UB 154

15 / E D n nT

0 nT nT TOTAL 15

= ∑

=

=

Onde:

nT é o número de trens presentes no domínio da subestação dentro do

intervalo de 15 minutos analisado.

ETOTALnT é a energia elétrica fornecida pela subestação para um trem dentro do

intervalo de 15 minutos analisado.

S S M s % t Pot E × × =

Onde:

PotM é a potência média do trem no subdomínio,

tS é o tempo de permanência do trem no subdomínio,

%S é a porcentagem de energia do subdomínio.

Sub­domínios Pot. Média (kW) Sub­domínio (%)

Prefixos pares tempo (min.) Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

Energia por Trem

(kWmin.) UB 146 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 3,8 2435,8 2435,8 UB 148 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 10 6410,0 6410,0 UB 150 0,0 0,0 0,0 1,2 840,8 1,4 1637,6 1,9 392,4 9,5 6089,5 8960,4 UB 152 2,8 454,2 2,1 530,8 1,4 510,2 1,4 981,0 1,4 1637,6 1,4 289,2 1 641,0 5043,8 UB 154 2,5 405,5 1,4 353,9 0,4 145,8 0,0 0,0 0,0 905,1

23755,1

Sub­domínios Pot. Média (kW) Sub­domínio (%)

Prefixos impares

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

tempo (min.)

Energia (kWmin.)

Energia por Trem

(kWmin.) UB 155 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,6 281,9 281,9 UB 157 1,4 775,9 1,1 2554,4 1 567,0 1,6 726,9 2,4 800,6 2,6 321,1 2 352,4 6098,4 UB 159 5,3 2937,4 1,1 2554,4 1 567,0 1,6 726,9 1,8 600,5 0,0 0,0 7386,2 UB 161 2,4 1330,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1330,2 UB 163 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

15096,6

2590,1

10,89 a 9,74 1622 0,1

5,14 a 3,99 6,29 a 5,14 7,44 a 6,29 8,54 a 7,44

0,4 0,25 1671

3,99 a 0,718 641 1

9,74 a 8,59 1011 911 1274

0,1

8,59 a 9,74 9,74 a 10,89 5,14 a 6,29

243

554,23 2732 0,718 a 3,99 3,99 a 5,14

494

Total de energia dos trens pares (kWmin.)

0,85 0,7 0,55

1 0,85 0,7 0,55

Demanda dia 26/02/2007 das 18:15h às 18:30h (kW)

6,29 a 7,44 7,44 a 8,59 1762 810 826 834

Total de energia dos trens ímpares (kWmin.)

0,4 0,25

Valor calculado da Demanda dia 26/02/2007 das 18:15h às 18:30h 2.590,1 (kW)

Valor medido da Demanda dia 26/02/2007 das 18:15h às 18:30h 2.467,2 (kW)

Diferença < 5%

CONCLUSÃO:

ATRAVÉS DA METODOLOGIA APRESENTADA É POSSÍVEL:

• ESTIMAR A DEMANDA ELÉTRICA DE QUALQUER SUBESTAÇÃO DE TRAÇÃO DE UM SISTEMA METRO­ FERROVIÁRIO;

• ANTECIPAR SITUAÇÕES DE ULTRAPASSAGEM DE DEMANDA ELÉTRICA (ATRAVÉS DE SIMULAÇÕES NO GRÁFICO HORÁRIO).

TÓPICOS PARA DESENVOLVIMENTO FUTURO

• SISTEMA COMPUTACIONAL

• SUBDOMÍNIOS MENORES

• AJUSTE OPERACIONAL

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS – Toledo, E. D. et alii, (1987). Tração elétrica. 1.ed. São Paulo: Nobel – Courtois, C. et alii, (1998). Traction électrique ferroviaire. 1. ed. Paris: Techniques de l’

ingénieur – Pires, C.L.(2006). Simulação do sistema de tração elétrica metro­ferroviária, Dissertação

(Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo. – Kargan, Nelson et alii (2005). Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica. 1. ed. São

Paulo: Edgard Blücher – Nabeta, Silvio, (2005), Apostila do Módulo MF 007 – Simulação de Marcha e Sistema

Elétrico de Alimentação – curso de especialização em Tecnologia Metro­Ferroviária, PECE­ POLI­USP; São Paulo.

– AL1759­2 – MARCO ZERO – Procedimento de Operação emitido pela CPTM para padronização dos marcos quilométricos.

– Catálogo do transdutor de corrente LT 2000 – fabricante LEM – Catálogo do registrador de eventos modelo DL750 – fabricante YOKOGAWA – INTERNET ­ ELETROPAULO www.eletropaulo.com.br ­ CPTM www.cptm.sp.gov.br ­ ANEEL www.aneel.gov.br

AUTORES

EDSON BARBEIRO ARTIBANI LUIZ ROGÉRIO PRENDES OTÁVIO FERREIRA DE ALMEIDA

TÍTULO

Demanda elétrica de tração – análise e gerenciamento