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Sistemas Inteligentes em Telecontagem

Bruno Miguel Gonçalves Pimenta

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Júri Presidente: Prof. Doutor Gil Marques

Orientador: Prof. Doutor José Pedro Sucena Paiva

Co-Orientador: Prof. Pedro Alexandre Flores Correia

Vogais: Prof. Pedro Manuel Santos de Carvalho

Setembro de 2007

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Agradecimentos

O autor agradece a ajuda e paciência do Prof. Sucena Paiva e do Prof. Pedro Flores na realização

deste trabalho, onde as suas sugestões foram determinantes para a concretização do mesmo. Uma

palavra de agradecimento ao Prof. Santos Joaquim pela revisão do texto sobre compensação de

energia reactiva.

Uma palavra de gratidão ao Sr. Murta pelo apoio prestado nas actividades laboratoriais e

instalação de equipamentos fora do Instituto Superior Técnico. Ao Sr. Alexander Dolgov e Sr. Dmitri,

pela disponibilização para estudo do sistema de telecontagem proposto neste documento, e pelo

tempo dispendido por ambos na recolha de informações necessárias para o trabalho.

À Sofia, por toda a paciência nestes anos de curso, e aos restantes colegas, amigos e família pelo

incentivo e apoio nas fases complicadas do trabalho.

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Resumo

Nesta tese estuda-se um Sistema Inteligente de Telecontagem de Energia Eléctrica (SITEE) em

Baixa Tensão, baseado em comunicação do tipo Global System for Mobile Communications (GSM).

O trabalho de tese visa fundamentalmente a contextualização da telecontagem no actual mercado

eléctrico, procurando enquadrar-se este tipo de sistemas nas temáticas da distribuição e consumo

eléctrico. Salientam-se, de um modo geral, as características inerentes a um sistema de telecontagem,

apontando-se a sua capacidade de operação informada da rede de distribuição como contributo na

gestão eficiente da produção e consumo de energia eléctrica.

De forma a validar e retirar conclusões, foram estudadas as capacidades do SITEE proposto,

nomeadamente a caracterização do seu funcionamento e as múltiplas possibilidades de recolha de

dados, combinadas com a análise de ensaios laboratoriais e dados recolhidos de um consumidor final

do mercado eléctrico.

O estudo efectuado permite concluir que a integração de SITEE em Baixa Tensão tem relevância

na diminuição de consumo eléctrico, no redesenho de contratos de fornecimento de energia e na

gestão da rede de distribuição, especialmente a nível das perdas (técnicas ou por furto).

Numa perspectiva de integração do sistema estudado a nível nacional, é feita uma análise

comparativa dos custos associados à operação do SITEE quanto à sua tecnologia de comunicação,

tendo-se a solução GPRS mostrado mais vantajosa. Com o objectivo de potenciar a adopção deste

tipo de sistemas, foram avançadas algumas propostas que poderão beneficiar e aproximar os

participantes do mercado eléctrico.

Palavras-chave

Leitura remota automática, GSM/GPRS, PLC, Operação informada e gestão da rede de

distribuição, Diminuição das perdas e consumo eléctrico, Tarifários.

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Abstract

The purpose of this dissertation is to study an Intelligent Telemetering System of Electric Energy

(ITSEE) in low voltage, based upon GSM (Global System for Mobile Communications).

The work performed basically aims at placing remote metering in the context of the current electric

market, especially in the areas of distribution and consumption. The basic characteristics of a

telemetering system are analyzed, namely its capability of an informed operation the distribution

network and its important contribution to the efficient management of production and consumption.

In order to validate and draw some conclusions, the capabilities of an industrial ITSEE have been

studied, namely its operational characteristics and the multiple possibilities of data collection, combined

with the extensive laboratory tests and data collected from a final consumer of the electric market.

This study allows us to conclude that the integration of ITSEE in low voltage is of relevance in the

reduction of electric consumption, in redesigning contracts of energy supply and in managing the

distribution network, especially in what concerns the losses (technical or other).

In a perspective of integration of the studied system in the national electric system, a comparative

analysis of the costs associated to the operation of the ITSEE was performed, as far as communication

technology is concerned, which showed that the GPRS solution is more advantageous. In order to

power the adoption of this type of systems, some proposals are put forward, which may benefit all the

participants in the electric market.

Keywords

Automatic remote metering, GSM/GPRS, PLC, Supervised operation and distribution net

management, Reduction of losses and electric consumption, Tariff plans.

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Índice

Agradecimentos ....................................................................................................................................... ii Resumo .................................................................................................................................................... iv Palavras-chave........................................................................................................................................ iv Abstract ..................................................................................................................................................... v Keywords .................................................................................................................................................. v

Índice ........................................................................................................................................................ vi

Lista de Figuras.....................................................................................................................................viii Lista de Tabelas....................................................................................................................................... x Lista de Siglas ......................................................................................................................................... xi 1. Introdução........................................................................................................................................ 1 1.1. Motivação............................................................................................................................... 1

2. Sistema de telecontagem.............................................................................................................. 3

2.1. Definição de Telecontagem ................................................................................................ 3

2.1.1. Situação actual ............................................................................................................ 3 2.1.2. Mercado liberalizado................................................................................................... 4 2.1.3. O consumidor no mercado liberalizado ................................................................... 4

2.1.4. Preços e Qualidade de Serviço................................................................................. 5 2.1.5. Actuais tarifários .......................................................................................................... 5 2.1.6. Case studies em todo o mundo ................................................................................ 6

3. Estudo da tecnologia ..................................................................................................................... 9

3.1. Outras Considerações ....................................................................................................... 10 3.1.1. Redução de consumo eléctrico e tomada de atitude........................................... 10 3.1.2. Perdas e potência reactiva ...................................................................................... 11

3.1.3. Picos de potência e interrupção de cargas ........................................................... 13 4. Sistema De Telecontagem Estudado: SMART IMS ............................................................... 15

4.1. Informação Geral do Sistema ........................................................................................... 15 4.1.1. Capacidades do sistema.......................................................................................... 15 4.1.2. Estrutura do sistema ................................................................................................. 18 4.1.3. Características dos equipamentos ......................................................................... 19 4.1.4. Funcionamento do DTCS......................................................................................... 20 4.1.5. Centro de Dados ....................................................................................................... 22 4.1.6. Funcionamento do sistema...................................................................................... 24

5. Configuração do Sistema SMART IMS e Visualização de Dados ........................................ 27 5.1. Instalação de Centro de Dados e Unidades Remotas .................................................. 27 5.2. Configuração de Comunicações e Árvore de Registo .................................................. 29 5.3. Configuração do Local de Consumo/Grupo de Consumo............................................ 31 5.4. Configuração de Contadores ............................................................................................ 32 5.4.1. Recolha Automática de Dados................................................................................ 33 5.4.2. Corte............................................................................................................................ 34 5.4.3. Display do Contador ................................................................................................. 34 5.4.4. Display Remoto ......................................................................................................... 35

5.4.5. Arquivos de Dados e Temporizador ....................................................................... 35 5.4.6. Limites de Segurança ............................................................................................... 35 5.4.7. Cos φ ......................................................................................................................... 36

5.4.8. Potência Máxima ....................................................................................................... 36 5.4.9. Limite de Consumo ................................................................................................... 37 5.4.10. Controlo de Relé Secundário .................................................................................. 37

5.5. Definição de Tarifas............................................................................................................ 38 5.6. Visualização de Dados ...................................................................................................... 39

5.6.1. Ponto de balanço ...................................................................................................... 39

5.6.2. Indicações e consumos diários ............................................................................... 41 5.6.3. Mapa de consumo horário do contador ................................................................. 42 5.6.4. Lista de pedidos ........................................................................................................ 42

5.6.5. Pedido de dados on-line .......................................................................................... 43

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5.6.6. Exportação de resultados ........................................................................................ 44 6. Recolha e Análise de Dados ...................................................................................................... 47 6.1. Recolha de Dados do Grupo Consumidor Residencial ................................................ 47 6.1.1. Dados recolhidos do contador trifásico.................................................................. 47 6.1.2. Dados recolhidos do contador monofásico: alimentação de uma máquina de lavar roupa .................................................................................................................................... 48

6.1.3. Dados recolhidos do contador monofásico: alimentação de uma televisão .... 48

6.2. Análise dos Dados Recolhidos ......................................................................................... 49 6.2.1. Contador trifásico ...................................................................................................... 49

6.2.2. Contador monofásico: alimentação de uma máquina de lavar roupa ............... 53 6.2.3. Contador monofásico: alimentação de uma televisão ......................................... 54

7. Dados de Comunicações e Estimativa de Custos .................................................................. 57 7.1. Análise das Soluções Utilizadas....................................................................................... 57 7.1.1. Solução GSM ............................................................................................................. 57

7.1.2. Solução GPRS........................................................................................................... 59 7.2. Custos de Funcionamento ................................................................................................ 60

8. Propostas baseadas no Sistema de Telecontagem ............................................................... 63

8.1. Programa Simulador de Facturação de Energia Eléctrica em BT .............................. 63

8.2. Novos Tarifários .................................................................................................................. 65 8.3. Sistema de Compensação de Reactiva .......................................................................... 66

8.4. Controlo e Interrupção de Cargas .................................................................................... 70 8.5. Módulo Interactivo de Informação .................................................................................... 71 8.6. Outros ................................................................................................................................... 72

9. Conclusões.................................................................................................................................... 75 Referências............................................................................................................................................. 77 Bibliografia .............................................................................................................................................. 78

ANEXOS ................................................................................................................................................. 79

A. Características Técnicas dos Contadores .................................................................................... 79

A.1. Contador Trifásico ......................................................................................................................... 79

A.2. Contador Monofásico .................................................................................................................... 80 A.3. Informações Visualizadas no Display......................................................................................... 80 A.4. Mapa de Eventos/Alarmes ........................................................................................................... 81 B. Termos Usados na Definição de Tarifas ....................................................................................... 82 C. Unidade de Controlo de Cargas LCU ............................................................................................ 83

D. Tarifas praticadas pelos Comercializadores................................................................................. 84 D.1. EDP Comercial .............................................................................................................................. 84 D.2. Union Fenosa................................................................................................................................. 85 D.3. Comercializador de Último Recurso ........................................................................................... 86

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Lista de Figuras

Figura 2.1 - Estrutura das opções tarifárias segundo [1]................................................................... 6 Figura 3.1 - Solução conjugando GSM/GPRS e PLC........................................................................ 9 Figura 3.2 - Consumo Eléctrico Anual de Portugal Continental nos últimos anos [4] ................. 10 Figura 3.3 - Exemplo de medida incluída no PPEC ......................................................................... 12

Figura 4.1 - Caracterização da rede de consumo e DCTS ............................................................. 15

Figura 4.2 - Situações de fraude detectáveis pelo dispositivo diferencial..................................... 17 Figura 4.3 - Situações de fraude detectáveis pelo dispositivo diferencial..................................... 17 Figura 4.4 - Balanço e detecção de perdas na rede de distribuição.............................................. 18 Figura 4.5 - Estrutura do sistema ........................................................................................................ 19 Figura 4.6 - Contador Monofásico (NP 515.23D) e Trifásico (NP 545.23T) ................................. 19 Figura 4.7 - Router com módulo GSM/GPRS embutido (RTR512.7) ............................................ 20 Figura 4.8 - Níveis de acesso da árvore de registo .......................................................................... 21 Figura 4.9 - Modo de operação sobre pré-pagamento .................................................................... 24

Figura 5.1 - Esquema de ligações de contador monofásico (amovível) ....................................... 27 Figura 5.2 - Esquema de ligações de contador trifásico (permanente) ......................................... 27 Figura 5.3 - Parâmetros de definição do centro de dados .............................................................. 30 Figura 5.4 - Definição de período de comunicação e número GSM do local de consumo ........ 30

Figura 5.5 - Árvore de registo associado ao local de consumo...................................................... 31 Figura 5.6 - Estrutura de atribuição de contadores aos consumidores ......................................... 31 Figura 5.7 - Ponto de balanço à saída do PT associado ao local de consumo ........................... 32

Figura 5.8 - Menu de configuração e configuração de Auto Data do contador............................ 33 Figura 5.9 - Configuração de Corte do contador .............................................................................. 34 Figura 5.10 - Configuração do Display do contador ......................................................................... 35 Figura 5.11 - Configuração de Limites de Segurança do contador................................................ 36 Figura 5.12 - Configuração de Potência Máxima ocorrida pelo consumidor ................................ 37 Figura 5.13 - Configuração de Limite de Consumo.......................................................................... 37 Figura 5.14 - Configuração de operação do relé secundário.......................................................... 38 Figura 5.15 - Janela de opção de planos tarifários e campos de configuração ........................... 38 Figura 5.16 - Janela de configuração de períodos horários conforme tipo de dia....................... 39 Figura 5.17 - Gráfico de balanço total no período de um mês........................................................ 40 Figura 5.18 - Gráfico de energia de saída do PT/entrada do grupo de consumidores ............... 41 Figura 5.19 - Janela de visualização de valores diários no período de um mês segundo uma grelha de amostragem pré definida .................................................................................................... 41

Figura 5.20 - Janela de visualização de valores de consumo horário no período de um mês .. 42 Figura 5.21 - Lista de pedidos pendentes para um contador ......................................................... 43 Figura 5.22 - Configuração de dados a recolher de um contador no momento........................... 43 Figura 5.23 - Janela de visualização de dados enviados pelo contador sobre pedido on-line.. 44 Figura 5.24 - Janela de configuração de dados a exportar automaticamente de um grupo de consumidores ......................................................................................................................................... 45 Figura 5.25 - Janela de configuração de exportação de dados automática por FTP.................. 45 Figura 6.1 - Gráfico com os dados recolhidos do contador trifásico enquanto ponto de balanço47 Figura 6.2 - Gráfico com os dados recolhidos do contador monofásico alimentando uma máquina de lavar roupa ........................................................................................................................ 48 Figura 6.3 - Gráfico com os dados recolhidos do contador monofásico alimentando uma televisão .................................................................................................................................................. 49

Figura 6.4 - Gráfico de consumo e balanço relativo entre 12 de Março e 12 de Abril ................ 50 Figura 6.5 - Gráfico de consumo diário de 27 de Maio a 27 de Junho.......................................... 51 Figura 6.6 - Gráfico de consumo horário médio de 27 de Maio a 27 de Junho ........................... 51 Figura 6.7 - Gráfico de energias consumidas por dia entre 27 de Maio e 27 de Junho ............. 52

Figura 6.8 - Gráfico de potências de pico ocorridas por dia entre 27 de Maio e 27 de Junho .. 52

Figura 6.9 - Gráfico do factor de potência médio diário entre 27 de Maio e 27 de Junho.......... 53 Figura 6.10 - Gráfico de consumo total por hora entre 25 de Março e 25 de Abril (máquina de lavar roupa)............................................................................................................................................. 54 Figura 6.11 - Gráfico de consumo total por hora entre 6 de Maio e 6 de Junho.......................... 55 Figura 6.12 - Gráfico comparativo de uso da televisão nas duas situações ................................ 55

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Figura 7.1 - Custos de operação associados a N contadores, para a solução GSM e GPRS .. 61

Figura 8.1 - Janela de visualização dos resultados obtidos para o consumo efectuado entre 4 de Maio e 4 de Junho usando o programa TarifárioOptimizer........................................................ 64 Figura 8.2 - Esquema de montagem de bateria de condensadores para o consumidor em estudo ...................................................................................................................................................... 70 Figura 8.3 - Esquema de montagem para controlo de cargas, usando dispositivo LCU comandado pelo contador via PLC ..................................................................................................... 71

Figura 8.4 - Módulo remoto de visualização de dados de consumo.............................................. 72 Figura 8.5 - Leitura nos 4 quadrantes................................................................................................. 73 Figura A.1 - Informações visualizadas no display dos contadores ................................................ 80 Figura C.1 - Unidade LCU com relés internos comandados via PLC............................................ 83

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Lista de Tabelas

Tabela 4.1 - Frame de Registo ............................................................................................................ 21 Tabela 7.1 - Quantidade de kB trocados para um universo de N contadores, para três tipos de leitura usando solução GSM ................................................................................................................ 58

Tabela 7.2 - Tempo médio de ligação e tempo médio de troca de dados usando solução GSM58

Tabela 7.3 - Quantidade de kB trocados para um universo de N contadores, para três tipos de leitura usando solução GPRS.............................................................................................................. 59

Tabela 7.4 - Custo de leitura associados ao estudo realizado, para três tipos de leitura usando solução GSM e GPRS .......................................................................................................................... 60

Tabela 7.5 - Custo de leitura associados a N contadores, para três tipos de leitura usando solução GSM e GPRS .......................................................................................................................... 61

Tabela 8.1 - Resumo dos resultados obtidos através do programa TarifárioOptimizer.............. 64 Tabela 8.2 - Dados dos vários parâmetros recolhidos do consumidor em estudo de 27 de Maio a 27 de Junho......................................................................................................................................... 69 Tabela 8.3 - Resultados do dimensionamento de bateria de condensadores para o consumidor em estudo ............................................................................................................................................... 70

Tabela A.1 - Características técnicas do contador trifásico ............................................................ 79 Tabela A.2 - Características técnicas do contador monofásico...................................................... 80 Tabela A.3 - Mapa de eventos e alarmes dos contadores .............................................................. 81 Tabela C.1 - Características técnicas da unidade de controlo de cargas LCU............................ 83

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Lista de Siglas

SITTE Sistema Inteligente de Telecontagem de Energia Eléctrica BT Baixa Tensão BTN Baixa Tensão Especial BTE Baixa Tensão Normal MT Média Tensão PT Posto de Transformação ERSE Entidade Reguladora do Sector Eléctrico GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communications PLC Power Line Communication PNAC Plano Nacional para as Alterações Climáticas DCTS Data Collection and Transmission Subsystem SMS Short Message Service TCP Transmission Control Protocol LCU Load Control Unit

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1. Introdução

1.1. Motivação

Um sistema de contagem de energia eléctrica de forma automatizada permite, quer à empresa

fornecedora quer ao consumidor, um melhor controlo dos consumos de energia eléctrica. Embora já

existam vários sistemas deste tipo, estes apresentam diversas deficiências e custos avultados para

uma possível aplicação ao universo de clientes nacionais em Baixa Tensão (BT). Pretende-se com o

trabalho realizado, estudar a implementação de um sistema de telecontagem com capacidade de ser

aplicado a todo o universo de clientes em mercado regulado (EDP) e em mercado liberalizado (EDP e

outras).

A recolha de dados é um papel especifico na questão de prevenção e determinação da qualidade

de serviço prestada. Deste modo, é possível a prevenção de situações de falha de serviço, tomando-

-se medidas preventivas com o propósito de evitar quebras de fornecimento de energia eléctrica.

Outro facto muito importante associado à telecontagem é que a sua implementação nos

consumidores permite uma redução de custos, em deslocações de pessoal destinado a contagens no

local, assim como reduz os custos de manutenção em casos de corte do fornecimento de energia por

parte do distribuidor, por falta de pagamento do consumidor, tentativa de fraude, ou anomalia do

contador. O uso de telecontagem, mediante a montagem de contadores de balanço em pontos chave

da rede, contribui para uma gestão mais eficiente da rede de distribuição, nomeadamente a nível das

perdas (técnicas ou furto), fornecendo ferramentas para a determinação exacta do ponto da rede onde

existem essas perdas de energia.

A adopção de sistemas de telecontagem no mercado eléctrico deverá trazer benefícios adicionais

possíveis com esta tecnologia, representando também uma ferramenta para o consumidor, no sentido

em que promove a redução de consumos e custos pelo supervisionamento directo da sua instalação. A

sua implementação insere-se na vontade actual em reduzir o consumo energético a nível global, o que

se pode traduzir num forte impulso na adopção destes sistemas na gestão de redes eléctricas.

Serão exploradas as capacidades inerentes ao sistema de telecontagem, nomeadamente as

seguintes funções:

• Contagem de energia eléctrica

• Gestão de perdas

• Leitura remota automática (AMR)

• Transmissão de dados de medição via Power Line

• Medição detalhada disponível para o utilizador do sistema

• Gestão do consumo de energia eléctrica de forma flexível e automática

• Balanço de energia activa em secções da rede de distribuição

• Detecção e localização de perdas e fraudes

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• Controlo das condições dos dispositivos de medição e sistema de alarme para redes de

distribuição

• Recepção e armazenamento de dados centralizados

• Diferenciação de Tarifas

• Pré-pagamento

• Preparação de dados para facturação/manuseamento

• Corte / Conexão remota

Do exposto, assume-se que o sistema deverá disponibilizar os dados sem erros, transmitindo a

informação recorrendo a PLC (através da rede eléctrica local) e a GSM (por uma qualquer operadora

de telecomunicações).

- 3 -

2. Sistema de telecontagem

2.1. Definição de Telecontagem

Um sistema de telecontagem constitui o suporte de base para a recolha e processamento de

dados associados aos fluxos de energia, necessários para as facturações entre os vários

intervenientes no Sistema Eléctrico Nacional, por exigência da Entidade Reguladora do Sector

Eléctrico (ERSE). O sistema tem por base um conjunto de equipamentos colocados nos consumidores

que efectuam a contagem de energia consumida e que asseguram a memorização dos respectivos

valores em períodos de integração determinados pela ERSE. Esses equipamentos têm a capacidade

de comunicar com unidades centrais, que efectuam a recepção da informação vinda dos equipamentos

de contagem e, consequentemente, o tratamento dessa informação com a finalidade de liquidação e

facturação.

É necessário a existência de um concentrador de dados remoto que recolha a informação de cada

contador, proceda à sua datação e assegure a sua memorização em memória não volátil durante o

período de tempo necessário à sua transmissão. A transmissão de dados entre o concentrador e o

telecontador é feita por ligação física do tipo série, tendo o concentrador a possibilidade de detectar e

memorizar alarmes de anomalias no contador.

2.1.1. Situação actual

A nível nacional, na Média Tensão (MT) já se encontra implementada a telecontagem, que

representa um pequeno universo no mercado de energia. Presentemente, a telecontagem é vista como

suporte essencial ao Mercado Liberalizado de Energia Eléctrica, permitindo a gestão da energia

vendida pelos diversos comercializadores. Quando um cliente não se encontra vinculado ao mercado

regulado, tem de ser telecontado. Esta é uma imposição da ERSE, ficando assim a EDP obrigada a

fornecer dados de contagem às comercializadoras de energia eléctrica para efeitos de facturação e no

âmbito da qualidade de serviço prestado. Para a Qualidade de Serviço apenas contam os dados de

contagem de energia diários, sendo insuficiente face aos outros dados possíveis de serem medidos

por sistemas de telecontagem.

A nível da BT não existe telecontagem (apenas alguns projectos piloto), sendo as contagens feitas

por intermédio de deslocações de técnicos aos locais de consumo. Visto o número de clientes em BT

ser muito grande, procede-se a contagens por estimativa, a fim de reduzir custos. O sistema proposto

apresenta-se como uma solução viável em BT, face aos suportes de comunicação usados serem de

baixo custo no envio e recepção de dados para posterior processamento de uma forma eficiente e

rápida.

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2.1.2. Mercado liberalizado

Desde 4 de Setembro de 2006 que todos os consumidores em Portugal Continental podem

escolher a quem querem comprar electricidade. Em 1995, e apenas para grandes consumidores

industriais, iniciou-se a abertura do mercado de electricidade, sendo alargada a consumidores de muito

alta até baixa tensão especial. A ultima etapa da liberalização do mercado de electricidade dar-se-á

para um universo de 6 milhões de consumidores em BT.

Um mercado livre é aquele em que vários operadores podem concorrer livremente estipulando os

seus preços e condições comerciais, estando vigentes as regras de concorrência, lei geral e os

regulamentos aplicáveis estipulados pela ERSE e pela Direcção Geral de Energia e Geologia (DGGE),

ficando o transporte e distribuição reservado apenas a uma entidade pública, a EDP Distribuição.

Estabelece-se no mercado livre o conceito de “comercializador de último recurso”, ou seja, aquele

comercializador que garante o fornecimento a todos os consumidores de electricidade, mesmo que

não haja comercializadores no mercado livre interessados em fornecer certo consumidor. Esses

consumidores ficam sujeitos às tarifas e preços regulados. A energia fornecida pelos

comercializadores provêm de produtores ou comercializadores ou em mercados organizados, podendo

ser adquirida no estrangeiro, havendo espaço para fornecedores unicamente de energias provenientes

de fontes renováveis. Essa energia será fornecida pelas redes de transporte e distribuição da rede

eléctrica pública, cujo acesso é assegurado ao consumidor seja com contrato de último recurso, seja

de mercado livre.

2.1.3. O consumidor no mercado liberalizado

A migração de um consumidor do mercado regulado para o mercado livre não é obrigatória,

ficando ao seu dispor a possibilidade de verificar todas as propostas disponíveis entre os

comercializadores do mercado livre e escolher aquela que achar mais vantajosa para si.

O consumidor deverá ter em atenção os diferentes preços do kWh, diferentes períodos de tarifa,

modos de pagamento e duração mínima de contrato para cada comercializador, verificando se outro

comercializador concorrente tem melhor proposta geral para o seu perfil de consumo. Para tal, o

consumidor tem a possibilidade de mudar de comercializador quatro vezes por ano, sem que tenha de

pagar quaisquer custas de operação de mudança de fornecedor. Regulamentadas pela ERSE,

encontram-se determinadas situações que impossibilitam a mudança de fornecedor, dentro das quais

a sobreposição de pedidos de mudança, potência indicada não normalizada ou superior à admissível

no local de fornecimento de electricidade, assim como a existência de casos de fraude ou falta de

pagamento associado ao consumidor.

O processo de adesão ao mercado livre poderá implicar, consoante o comercializador e tarifa

escolhida, a instalação de equipamentos de medida adequados ao serviço pedido no local de

consumo. Neste caso, contadores de tarifas diferenciadas ou telecontadores. Esta mudança fica a

cargo do distribuidor de electricidade, assim como qualquer operação de corte de fornecimento de

- 5 -

electricidade (no local ou remota). A leitura extraordinária no local também é possível, ficando essa

despesa imputada ao consumidor no caso de impossibilidade de leitura remota.

2.1.4. Preços e Qualidade de Serviço

Quanto aos preços praticados pelos comercializadores, os mesmos são livres, e incluem também

as tarifas de acesso às redes que são fixadas pela ERSE, não existindo necessariamente a obrigação

de que os preços em mercado livre sejam mais baixos do que no regulado. A análise comparativa das

várias propostas de fornecedores, tendo em conta um perfil de consumo eléctrico e os preços

praticados, define a melhor proposta para o consumidor.

O regulamento de Qualidade de Serviço aplica-se para todos os comercializadores, sendo as

características técnicas semelhantes em mercado regulado ou liberalizado. Caberá sempre à empresa

distribuidora a qualidade técnica de serviço, estabelecendo-se normas qualitativas a nível da qualidade

de serviço comercial no regime de mercado livre.

2.1.5. Actuais tarifários

A estrutura dos tarifários aplicáveis aos diferentes consumidores, independentemente do mercado

a que pertencem, tem em consideração determinadas regras, opções tarifárias, preços e horários

aplicados definidos pela ERSE. Para o trabalho proposto, importa considerar o nível de tensão BT, de

tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou inferior a 1kV, dividido em duas categorias: BTN, em que

a potência contratada é inferior ou igual a 41,4kW, e BTE, em que a potência contratada é superior a

41,4kW.

As tarifas de vendas a consumidores, dependendo dos níveis de tensão, são diferenciadas nas

sua composição. No caso dos consumidores de BTE, incluem-se os preços de contratação, leitura,

facturação e cobrança, preços de potência contratada, preços de potência em horas de ponta, preços

de energia activa e energia reactiva. Para consumidores em BTN, definem-se os preços de potência

contratada e de contratação, leitura, facturação e cobrança, e preços de energia activa. A potência

contratada define-se como a potência que o distribuidor coloca à disposição do consumidor, nunca

sendo superior à potência máxima admissível da instalação. Define-se potência em horas de ponta

como o quociente entre a energia activa consumida nas horas de ponta e o respectivo número de

horas de ponta considerado para o tarifário em questão, em que os preços anteriores são

diferenciados segundo a opção tarifária e o período tarifário estabelecido.

Relativamente à cobrança de energia, no caso de BTE, os valores da potência contratada e da

potência em horas de ponta são facturados segundo os preços definidos em cada tarifário, em euros

por kW, por mês. A energia activa é facturada consoante os preços de cada período de tarifário, por

opção tarifário e nível de tensão, em euros por kWh. A energia reactiva é facturada segundo os preços

em euros por kvarh, havendo apenas a facturação deste tipo de energia para BTE. Para os

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consumidores em BT, estão definidos três períodos horários, podendo consistir em tarifas simples, bi-

-horária e tri-horária. A Figura 2.1 representa a estrutura das opções tarifárias em vigor segundo [1].

Como disposição especial estabelece-se que, quando o consumo de energia reactiva em horas

fora de vazio exceder em 40% de energia activa consumida nesse mesmo período, a mesma deverá

ser cobrada, assim como a energia reactiva fornecida à rede durante as horas de vazio. Pretende-se

que o valor do factor de potência do consumidor seja acima dos 0.93, de forma a evitar a degradação

da rede com energia que não produz trabalho.

Figura 2.1 - Estrutura das opções tarifárias segundo [1].

2.1.6. Case studies em todo o mundo

A nível mundial, a telecontagem tem tido alguns projectos de diferentes escalas, como os referidos

em [2]:

- Empresa ENEL, Itália: Com a finalidade de obter uma rede eléctrica totalmente inteligente,

composta por 30 milhões de clientes residenciais, procedeu à troca de 21 milhões de contadores tipo

“ferraris” por “smart meters1”. O custo deste projecto é de 2.1 biliões de euros, num período de

implementação de 5 anos (iniciado em 2005). O principal objectivo da ENEL é a gestão de picos de

potência, assim como uma actuação mais rápida sobre clientes maus pagadores/ fraudulentos. Estima-

-se que com o projecto totalmente implementado exista a redução de 5% do período de pico de

consumo para apenas 10h por ano. A tecnologia usada assenta sobre o uso de PLC a 2,5 kb/s entre

contadores e concentrador, usando o canal GSM para exportação dos dados recolhidos para o centro

de dados da ENEL.

- Ontário SM, Canadá: Predisposta a tornar a sua rede eléctrica, assegurada por uma geração

envelhecida, numa rede mais eficiente. Os benefícios económicos passam pela redução em 5% dos

actuais picos de consumo, em crescimento anual. Este projecto contempla a instalação de até 800 mil

“smart meters” em clientes residenciais e comerciais, até ao ano de 2010. Representado um

1 Aparelhos de medição “inteligentes”, capazes de leitura de consumos de forma mais detalhada do que um medidor convencional; opcionalmente, posterior envio dessa informação através de uma rede especifica para uma central de dados com finalidade de monitorização e facturação; telemetering.

- 7 -

investimento de 850 milhões de doláres, este valor será cobrado aos próprios consumidores,

encarregados de pagar na sua factura mensal um valor de 3 a 4 doláres num período de 5 anos. A

implementação de “smart meters” levou à introdução de tarifas reais de uso, traduzindo o valor real da

energia produzida nos períodos de vazio, cheias e ponta (ex: preço variável entre 2.9c/kWh e

9.3c/kWh)

- Reino Unido: Tomando a integração dos “smart meters” nas suas redes de distribuição como um

objectivo a atingir num futuro próximo, estima-se que a introdução de sistemas inteligentes de

telecontagem façam decrescer o consumo de energia eléctrica em 2% anuais, e consequentemente a

redução de CO2 emitido em 2,25 milhões de toneladas [3]. Pretende-se obter um feedback do

consumo eléctrico em períodos de meia e meia hora e avaliar o desperdício na rede, contribuindo

assim para uma rede mais eficiente . A sua implementação em larga escala permite o controlo em

tempo real do fornecimento de electricidade, permitindo a incorporação dos “microprodutores” em BT,

pela possibilidade que os “smart meters” têm de medição da energia pedida e enviada à rede.

Entende-se a redução de custos de produção de energia e consequente redução de CO2 emitido

como os principais benefícios da implementação destes sistemas.

- 9 -

3. Estudo da tecnologia

Um sistema de telecontagem está dividido em duas componentes distintas:

• Sistema remoto, de pré-processamento dos dados dos contadores e envio posterior pelo

Router2;

• Sistema de comando, que recebe e processa toda a informação, disponibilizando-a para

vários utilizadores.

Os suportes de comunicação num sistema de telecontagem são uns do aspectos mais

importantes, pois os canais a utilizar têm de ser económicos, quer na comunicação, quer na sua

integração nos dispositivos de contagem face às quantidades a instalar em BT. Deverá sempre pôr-se

de parte qualquer sistema que obrigue à instalação de infra-estruturas de telecomunicações nos locais

onde se encontram os telecontadores. Assim, existem apenas duas soluções possíveis que vão ao

encontro destas imposições: o uso de GSM, aproveitando-se as redes celulares móveis existentes e o

uso de PLC, usando a rede eléctrica local.

A conjugação destas duas tecnologias está equacionada da seguinte forma: utilização de

comunicação suportada por PLC dos contadores até ao posto de transformação (PT), onde uma

unidade concentradora, Router, recebe, trata e envia os dados pedidos pelo sistema de comando,

usando um módulo com tecnologia GSM/GPRS, que comunica com o respectivo sistema de comando

e onde a informação é armazenada e tratada. A Figura 3.1 representa um esquema ilustrativo desta

ideia. O uso de tecnologia PLC torna a sua implementação mais económica para um universo de

consumidores em BT, pois todas as comunicações feitas entre o Router e os telecontadores não têm

qualquer custo associado . O Router tem apenas que enviar os dados necessários por um canal de

comunicação com baixos custos associados (como será analisado no Capítulo 7).

Figura 3.1 - Solução conjugando GSM/GPRS e PLC.

2 Do inglês Router, equipamento usado para fazer comutação de protocolos, provendo comunicação entre equipamentos de protocolo semelhante distantes entre si.

- 10 -

Face à presença de ruído de alta frequência da rede, está contemplado o uso de filtros para

possibilitar a comunicação via PLC sem ruído, assim como unidades de acoplagem nos

transformadores para “seguimento” dos dados do secundário para o primário, visto o mesmo anular

frequências acima dos 50Hz para o secundário.

3.1. Outras Considerações

A abordagem a diversos temas e problemas relacionados com o mercado eléctrico equacionam a

integração dos “smart meters” como solução dos mesmos. Algumas destas questões são

apresentadas neste capítulo, assim como a sua relação com a telecontagem.

3.1.1. Redução de consumo eléctrico e tomada de atitude

Num mercado eléctrico caracterizado pelo consecutivo aumento do consumo eléctrico anual, como

mostra a Figura 3.2, e sob um ponto de vista global, relacionado com o aumento do consumo

energético de cada pais, tornou-se urgente a tomada de medidas que levem à redução ou

abrandamento de todo esse consumo eléctrico.

Consumo Eléctrico Anual de Portugal Continental (BT)

0

5

10

15

20

25

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Ano

Twh

Figura 3.2 - Consumo Eléctrico Anual de Portugal Continental nos últimos anos [4]

A nível comunitário, Portugal encontra-se integrado em politicas energéticas e ambientais (Politica

Energética para a Europa), de que se salienta a passagem para uma economia de baixo carbono e

aumento da eficiência energética. Segundo um plano de acção para a politica energética, será

necessário que até ao ano de 2020 haja uma redução de emissões de CO2 em 20%, acompanhada

pelo aumento da eficiência energética nesse mesmo valor. Adoptando as novas metas no âmbito do

Plano Nacional para as Alterações Climáticas (PNAC), uma utilização racional de energia passa por

um conjunto de medidas que traduzam uma redução de consumo de 1300GWh já no ano de 2010 [5].

Este valor representa 3% do consumo actual em Portugal Continental, o que é de facto um valor

ambicioso, já que está associado a uma elevada taxa de crescimento de consumo nos últimos anos.

Define-se que as medidas a tomar deverão ser adoptadas o mais rapidamente possível, dando-se

- 11 -

prioridade a programas no sector residencial e terciário. Estas medidas definidas no PNAC, promovem

mecanismos de promoção da eficiência energética no sector eléctrico.

O papel da tecnologia é extremamente favorável em equipamentos, processos e sistemas mais

eficientes, seja do lado da procura, seja do lado da oferta. A introdução dos “smart meters” no mercado

eléctrico potenciam a redução de consumo, já que as suas diversas funcionalidades possibilitam ao

consumidor saber, em tempo real, o seu consumo eléctrico e tomar medidas no sentido de o reduzir.

Face às provas obtidas em estudos académicos, testes piloto e resultados em mercados com

sistemas de telecontagem integrados na rede, foi acordada a nova directiva [6], que estipula que nos

estados membros, qualquer contador que seja necessário substituir ou instalar, o seja por contadores

economicamente competitivos que reflictam exactamente o valor de energia consumida em tempo real.

A temática do “microprodutor” no mercado eléctrico é também uma questão que um “smart meter”

deve ter em conta, já que qualquer cliente que produza energia eléctrica a partir de fontes renováveis,

por estar ligado à rede, necessita de um contador apropriado para a medição de energia exportada e

importada (leitura nos quatro quadrantes). Um “smart meter” terá, de uma forma rápida e útil, que

informar quanta energia o produtor vende e compra à rede.

A telecontagem de energia eléctrica tem, sob o ponto de vista do consumidor, três funcionalidades

principais:

• Aprendizagem: Levando o consumidor a melhor entender como o seu comportamento

influencia o total de energia consumida;

• Formação de novos hábitos: A tomada de consciência face à informação agora dísponivel

pode levar à mudança dos hábitos do consumidor, surgindo novas rotinas;

• Generalização de atitude; A formação de novos hábitos leva a mudanças de atitudes que

se adequam a um novo comportamento.

3.1.2. Perdas e potência reactiva

A denominada energia reactiva representa uma parte da energia que transita entre qualquer

consumidor e a rede. Para os consumidores em BT não é efectuada qualquer cobrança associada a

esta energia. No entanto, cada vez existem mais cargas associadas a estes consumidores,

nomeadamente sistemas de alimentação com lâmpadas de descarga, equipamentos electrónicos

(funcionamento de transformadores internos, ex: PC, UPS, fornos de indução ou microondas, etc.), ou

motores de accionamento em diversos equipamentos (ex: elevadores, bombas de pressurização de

água, ventiladores, máquinas de lavar, etc.) que consomem energia reactiva. Estas cargas

caracterizam-se por apresentarem baixos factores de potência, gerando assim consumos globais

excessivos de energia reactiva, o que se traduz em piores condições de exploração das instalações.

Como consequências nefastas, apontam-se o aumento das perdas na rede, proporcionais ao quadrado

da amplitude da corrente total (I) e não apenas à componente activa da corrente (Ia); redução da vida

útil dos equipamentos, pois as sobrecargas frequentes levam a um aquecimento excessivo dos

equipamentos de comando e protecção das redes eléctricas; investimentos suplementares a nível da

- 12 -

produção e distribuição, para satisfazer a exigência de energia reactiva, traduzindo-se em

penalizações tarifárias gravosas para a generalidade dos consumidores; e subutilização da capacidade

instalada, em que a energia reactiva que sobrecarrega a instalação eléctrica com baixo factor de

potência obriga a investimentos adicionais aquando da conexão de novas cargas à rede.

Ao corrigir-se o factor de potência para o valor legislado, existe um melhor aproveitamento da

energia eléctrica para geração de trabalho útil. Os equipamentos ligados são melhor aproveitados face

a um menor consumo, levando a um aumento da vida útil dos equipamentos. Do ponto de vista

técnico, os condutores da instalação eléctrica aquecem menos, resultando na diminuição das perdas

de energia eléctrica, assim como em menores variações de tensão que contribuem para a qualidade

de energia eléctrica. Face ao melhor aproveitamento da energia eléctrica, os transformadores

associados aos consumidores alcançam um melhor aproveitamento devido a essa libertação de carga,

obrigando o parque produtor a ter de gerar menor valor de energia não aproveitada para trabalho útil.

Uma das soluções para este problema passa por instalar bancos de condensadores. Esta solução,

ao corrigir o factor de potência, reduz a corrente eléctrica que flúi para os equipamentos, reduzindo as

perdas. Para todo o sistema eléctrico, resulta uma melhor utilização e performance. No entanto, o

preço associado a esta solução acaba por ser demasiado avultado para soluções autónomas. A

ligação dos condensadores não pode ser permanente, pois para situações de pouca carga associada,

os mesmos podem produzir mais energia reactiva do que a necessária. A compensação de reactiva só

deve ser feita quando necessária, a fim de não inundar a rede com reactiva não consumida.

Uma das medidas incluídas no Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Eléctrica

(PPEC3) passa pela correcção do factor de potência através de condensadores estáticos,

dimensionados para os valores de consumo e tipo de equipamentos da instalação. Tome-se o exemplo

seguinte, para um local de consumo onde é necessária a instalação de um banco de condensadores

de 25kVar:

Figura 3.3 - Exemplo de medida incluída no PPEC

Num plano futuro de cliente pagador de energia reactiva, a interligação de “smart meters” a estes

bancos de condensadores representa uma solução ao problema referido. Um dos parâmetros a medir

será o factor de potência, ligando o banco de condensadores respectivo quando se infringe o valor

regulado. A abordagem neste plano é feita em 8.3.

3 O PPEC é uma iniciativa promovida pela ERSE, prevista na Estratégia Nacional para a Energia e que visa incentivar uma maior eficiência no consumo de energia eléctrica.

- 13 -

3.1.3. Picos de potência e interrupção de cargas

O aumento do rendimento disponível dos consumidores levou a uma procura crescente da

melhoria das condições de conforto, com repercussões directas no aumento do parque de

electrodomésticos instalados, com eficiências muito distintas. Este facto tem influenciado de forma

determinante a caracterização energética, ano após ano, das diversas redes de distribuição. Nesta

caracterização entra o consumo eléctrico total, assim como a potência de pico. Os valores de pico de

potência são valores que, na sua generalidade, ocorrem por poucas horas durante um ano de

consumo, sensivelmente menos de 1% do ano (87,6 horas).

Face a estas situações de pico, a rede eléctrica tem de assegurar o fornecimento de energia

eléctrica, por questões de qualidade de serviço. Nestas condições, é necessário recorrer a

electricidade proveniente de centrais destinadas à produção em situações de elevada demanda

eléctrica. Sendo usualmente essas centrais a Gás Natural ou fuelóleo, os preços de energia vendida

no mercado são mais elevados, contribuindo para uma perda de lucros por parte do comercializador,

sendo um facto alheio ao consumidor. A ocorrência sistemática de novos recordes de demanda

eléctrica, assim como o crescente aumento de consumo anual, implica que a geração invista em novas

centrais de produção eléctrica. Para situações de pico de potência, não é viável o investimento

avultado em centrais de grande eficiência (como o caso das centrais base da rede de geração), pois as

poucas horas de funcionamento não justificam esse investimento.

Uma das formas de tornar o mercado eléctrico num mercado economicamente equilibrado para as

duas partes directamente envolvidas, seria ter um preço ajustado da energia que se está a consumir,

implicando a adopção de tarifas mais elevadas nos períodos de maior demanda eléctrica, com a

consequente descida de preço de kWh vendido em períodos de vazio. Este ajuste traduzir-se-ia num

ganho para o consumidor, assim como para a geração, ao evitar investimentos futuros para assegurar

o fornecimento de energia eléctrica.

Outras das maneiras actualmente empregues pela distribuição, em que é necessária a limitação

de potência máxima associada à rede, passa pelo corte remoto de certas cargas. Essa necessidade

prende-se com as condições de exploração, seja económica, seja por limitações físicas dos

equipamentos instalados. O critério de selecção das cargas a desligar está relacionado com o facto de

as mesmas não terem uma finalidade (ou prestar serviços) que sejam significativamente influenciados

por interrupções de alimentação em pequenos períodos de tempo. Essa acção necessita de uma

avaliação de impactos e decisão de controlo, principalmente afectada por questões económicas,

técnicas e de qualidade de serviço.

A adopção de contratos de fornecimento de energia eléctrica em que o consumidor aceita a

interrupção das suas cargas, permite a minimização da ponta do diagrama de cargas anual,

maximizando-se os lucros obtidos com a venda de energia da geração de base e garantindo a

qualidade de serviço. A estratégia adoptada para a optimização das cargas a seleccionar não é

objectivo de estudo, mas sim a capacidade de, em tempo real e com a maior elasticidade possível,

cortar cargas indesejadas numa rede eléctrica que transmite o perfil de consumo e de ponta dos

consumidores. Este tema é abordado em 8.4.

- 14 -

- 15 -

4. Sistema De Telecontagem Estudado: SMART IMS

4.1. Informação Geral do Sistema

O sistema Smart IMS é um sistema automático de medição e controlo de consumo de energia

eléctrica, definido para o uso em consumidores do tipo monofásico e trifásico. O sistema está

concebido para operar na rede de 0,4kV, podendo ser utilizado em clientes particulares, conjunto de

apartamentos e indústrias. Como potencial utilizador desse sistema temos o distribuidor de energia

eléctrica que tem a seu cargo o fornecimento de electricidade aos consumidores finais. O distribuidor

poderá assim gerir toda a sua rede e obter da mesma a informação necessária através do envio e

recepção de dados do sistema remoto, denominado por subsistema DCTS (Data Collection and

Transmission Subsystem), para o sistema de comando, designado por Centro de Dados.

A sua capacidade de gestão processa-se a nível de distrito, cidade, zonas rurais e distritos de

larga escala. Qualquer expansão do sistema é possível mediante a adição de novos contadores ao

DCTS. A capacidade de cada Router é de 2500 contadores associados, numa distância máxima de 3

km. A expansão em larga escala é possível através da adição de um novo centro de dados, gerindo-se

até um milhão de consumidores por cada centro adicionado (Figura 4.1).

Figura 4.1 - Caracterização da rede de consumo e DCTS

4.1.1. Capacidades do sistema

O sistema Smart IMS foi concebido para operar em dois modos distintos:

• Controlo automático de energia fornecida a cada consumidor baseado no modo de pré-

pagamento;

• Medição automática de energia eléctrica consumida com posterior acumulação de energia

total consumida num determinado período de facturação (baseado no modo de crédito).

- 16 -

Se necessário, é possível que o sistema opere nos dois modos em simultâneo.

O sistema estudado apresenta as seguintes características:

• Classe de precisão: O sistema permite a medição de energia activa com elevada precisão.

A classe de exactidão em contadores monofásicos é de 1.0, e no caso de contadores

trifásicos, a classe de exactidão é de 0.5 ou 1.0, e para energia reactiva de 2.0 .

• Sincronização temporal: O centro de dados e o DCTS operam em tempo real segundo o

calendário horário actual; existe uma sincronização regular de todos os constituintes deste

sistema de uma forma automática usando, para isso o tempo exacto da Internet do centro

de dados.

• Tarifa Diferenciada: O sistema usa diferentes planos de tarifa para medição de energia

consumida, podendo serem alterados e enviados remotamente mesmo quando o

consumidor está a ser fornecido de energia eléctrica. Uma dessas tarifas consiste num

tabela, escalonada em horas, com o respectivo preço de energia eléctrica para cada hora;

outras tarifas possíveis estabelecem o período horário respectivo, assim como o tipo de

dia de fornecimento de energia: dia de trabalho, dia de descanso e dias especiais (como

feriados). Outro tipo de tarifa associa um determinado valor do kWh para o total de energia

consumida num respectivo período de consumo (diários, semanais ou mensais),

estabelecendo-se posteriormente um novo valor de custo quando ultrapassado um valor

limite de energia total consumida. O sistema tem a particularidade de, independentemente

de qual for a tarifa em vigor em certo período, incluir uma tarifa de penalização, activada

caso qualquer situação estabelecida em contrato seja violada (ex: excesso de consumo,

limite de corrente nominal ultrapassado), não implicando a desconexão desse cliente.

• Comunicação: O sistema utiliza duas vias distintas de comunicação para os diferentes

intermediários. A informação flúi dos contadores para o Router através de tecnologia em

PLC nas linhas a 0,4kV ou 6/20kV. Esta unidade concentradora envia os dados recolhidos

para o Centro de Dados, usando os seguintes canais: GSM, linhas de 6/22kV, ligação RS-

2324 e Ethernet5. Em zonas desprovidas de comunicação GSM/GPRS, a variedade de

canais a usar possibilita o correcto funcionamento do sistema.

• Controlo de Energia Eléctrica Consumida: O sistema permite o fornecimento de energia

eléctrica consoante o plano tarifário em vigor, podendo ligar/desligar o consumidor da rede

remotamente. Os contadores estão munidos de 2 relés: um relé principal, que desliga o

4 Padrão usado na troca série de dados binários entre um DTE (terminal de dados, de Data Terminal equipment) e um DCE (comunicador de dados, de Data Communication Equipment), especialmente em PCs. 5 Do inglês Ethernet, tecnologia usada na interligação de redes locais -Local Area Networks (LAN).

- 17 -

consumidor na totalidade, e um relé extra, que permite o controlo de cargas especificas

ligadas ao contador (ex: iluminação mínima permitida quando o relé principal é desligado).

• Dispositivo Diferencial: Todos os contadores pertencentes a este sistema tem incluídos no

seu interior um dispositivo diferencial que mede diferenças de corrente entre fase e neutro.

Pode-se assim actuar de forma imediata sob suspeita de fraude, transmitindo-se sinal de

anomalia ao centro de dados e posterior corte do consumidor. As situações possíveis de

se detectarem são as descritas nas figuras 4.2 e 4.3.

Figura 4.2 - Situações de fraude detectáveis pelo dispositivo diferencial

Figura 4.3 - Situações de fraude detectáveis pelo dispositivo diferencial

• Balanço eléctrico: Mediante a instalação de contadores em locais específicos da rede de

distribuição, é possível gerir o consumo de saída nesses pontos e, em comparação com

os dados dos contadores a jusante do ponto de balanço, verificar se existem perdas na

rede e localizá-las.

A Figura 4.4 ilustra a situação de balanço e respectiva detecção de perdas na rede.

- 18 -

Figura 4.4 - Balanço e detecção de perdas na rede de distribuição

• Ligação a sistemas externos: O sistema está preparado para trocar informação contida no

centro de dados com sistemas externos de facturação e liquidação em tempo real.

4.1.2. Estrutura do sistema

Como referido anteriormente, a estrutura do sistema estudado está dividido no Centro de Dados e

DCTS. O Centro de Dados, localizado fisicamente no distribuidor, é o responsável pela colecta de

dados da rede, estando munido de modems que permitem a recolha de dados dos Routers e software

especifico para tratamento desses dados. Toma decisões sobre sinais de anomalia, controla a rede

eléctrica e troca informações com as unidades de facturação e liquidação.

O DCTS inclui os aparelhos necessários à medição, comunicação e envio de dados de contagem

de energia eléctrica:

• Router: Unidade de concentração de dados e comunicação com o centro de dados. É

montado no secundário do PT, e tem acoplado modems para recolha de dados de

medição e controlo dos contadores a si associados;

• Contadores monofásicos e trifásicos: Instalados consoante o tipo de consumidor,

procedem à medição da energia consumida e posterior envio de dados para o Router;

• Unidades de acoplamento: Permitem o funcionamento do Router e respectivos

contadores nas linhas a 6/22 kV;

• Filtros monofásicos e trifásicos: Usados para suprimir interferências presentes na rede

eléctrica, nocivas à comunicação via PLC entre Router e contadores.

A estrutura do sistema assenta em 3 níveis (Figura 4.5): no nível mais baixo (nível 1), estão os

contadores, no nível intermédio (nível 2) o Router e no nível mais alto (nível 3) o centro de dados. Os

contadores trocam dados com o nível intermédio, passando o Router a ser o concentrador desses

- 19 -

dados e memoriza-os. Seguidamente, os dados memorizados flúem ao nível seguinte através de um

dos canais descritos anteriormente.

Figura 4.5 - Estrutura do sistema

4.1.3. Características dos equipamentos

Contadores: Os contadores usados neste sistema de telecontagem (Figura 4.6) são aparelhos electrónicos de

medição de energia eléctrica, usando conversores A/D de tensão e corrente, para cálculo de potências

e energias activa e reactiva, e posterior memorização de dados em memória não volátil. Os contadores

são sincronizados pela hora do Router, que funciona sobre o calendário e relógio do centro de dados,

e em caso de falha de tensão, o seu relógio interno é mantido por 2 horas.

Figura 4.6 - Contador Monofásico (NP 515.23D) e Trifásico (NP 545.23T)

Cada contador tem associado um número de identificação interna (ID), gravado na sua memória

interna e visível no painel frontal. Através do modem acoplado para comunicação via PLC, estabelece-

se por este canal a comunicação com o Router. São também usados como repetidores na própria

rede, garantido que os dados flúem entre os contadores mais distantes do Router.

Funcionando sobre o modo de pré-pagamento, o contador efectua um cálculo de balanço do

consumidor, tendo instrução interna pré-definida para desligar o consumidor quando esse balanço se

tornar nulo ou negativo. Os casos de desconexão automática da rede passam por anomalia da tensão

de alimentação, excesso de corrente ou sobreaquecimento. Após eliminação desses defeitos, o

- 20 -

consumidor pode voltar a ligar o contador por intermédio de um botão no próprio contador. O facto de

terem internamente um dispositivo diferencial torna desnecessário ao distribuidor instalar dispositivos

de limitação de corrente nominal e segurança, pois é feito o controlo para situações acidentais ou

momentâneas.

O display do contador pode ser configurado com diversas informações, como energia total

consumida, potência instantânea, tipo de tarifário em vigor, etc., de forma a que o consumidor possa

visualizar esses dados de forma alternada.

Router:

É a unidade principal do sistema na rede a 0,4kV (Figura 4.7). A comunicação pela rede é feita a

altas frequências (43 e 49 KHz) por envio de pacotes de dados modulados entre Router e contadores.

Como funções do Router encontra-se o registo automático de novos contadores na sua rede e

sincronização com o seu relógio, formação da tabela de contadores, recepção e transmissão de dados

dos contadores para o centro de dados, recepção e transmissão de ordens e pedidos do centro de

dados para os contadores e sincronização do seu relógio interno com o do centro de dados. Os canais

de comunicação utilizados entre o Router e o centro de dados são os descritos anteriormente em

4.1.1.

Figura 4.7 - Router com módulo GSM/GPRS embutido (RTR512.7)

4.1.4. Funcionamento do DTCS

O sistema Smart IMS permite em cada sessão de comunicação o registo, adição e recolha de

dados de novos contadores adicionados à DCTS. A sessão de registo, presente na Tabela 4.1,

procede-se da seguinte forma: o Router, em cada sessão de comunicação, envia frames de registo

repetidamente para a rede eléctrica local. Os contadores ligados a essa rede respondem às frames.

Depois de iniciada a comunicação do Router com o contador que lhe respondeu primeiro, vai adquirir a

hora interna do Router, enviando-lhe a sua identificação interna (ID) e recebe o ID do Router a que fica

- 21 -

associado. O endereço do contador será guardado numa árvore de registo e, seguidamente, o Router

envia novas frames de registo para todos os restantes contadores. Aqueles que já adquiriram o

endereço do Router ignoram essa frame, procedendo-se à aquisição do ID de novos contadores ainda

não registados. Depois do Router adquirir todos os identificadores presentes na rede local, leva a cabo

um novo envio de frames, agora com pedidos de aquisição de dados, para os respectivos contadores

registados na árvore de registo.

Dados de controlo

Envio de endereço do Router

Recepção de endereço (IP) do contador

Registo de Número de Sessão

Sincronização da Hora

Data de Registo

Tabela 4.1 - Frame de Registo

Na formação da árvore de registo, diferencia-se o nível de acesso dos vários contadores ao Router

(Figura 4.8). Se um contador estiver directamente ligado ao Router, será de nível 0. Caso haja

contadores a seguir aos de nível 0, a comunicação do Router com esses contadores é feita por

intermédio do contador de nível 0. Estes contadores são de nível 1. O processo é semelhante na rede

associada ao Router até a um máximo de sete níveis, permitindo a expansão em alcance da

comunicação entre Router e contadores na rede local. O Router memoriza esta árvore de registo,

sabendo quais os contadores com quem comunica directamente, e quais os contadores que requerem

comunicação por intermédio de contadores de nível inferior. Assegura-se assim que a informação

chega sem erros dos contadores ao Router.

Figura 4.8 - Níveis de acesso da árvore de registo

A árvore de registo funciona também como diagrama de rede local, fornecendo informações da

rede como pontos de ligação dos contadores na rede, existência de contadores de balanço,

contadores dispostos em série ou paralelo num determinado grupo de consumidores, etc.

- 22 -

4.1.5. Centro de Dados

O Centro de Dados, localizado no distribuidor de energia eléctrica, é a entidade responsável por

aquisição e memória dos dados da rede, nomeadamente dados de consumo de cada consumidor,

registos de anomalias dos aparelhos e supervisionamento de acções não previstas no fornecimento de

energia eléctrica ao consumidor. O sistema de gestão de consumos permite-lhe supervisionar a rede

eléctrica, fazendo pesquisas por padrões de busca ou por dados específicos dos consumidores ou

grupos de consumidores, podendo exportar esses resultados de pesquisa para entidades externas ao

sistema.

A instalação do sistema Smart IMS prevê uma unidade central (Administração), e outras unidades

secundárias associadas à rede local (Ethernet) do distribuidor, com a finalidade de acesso a dados de

telecontagem por utilizadores com funções especificas e limitadas.

A unidade central deste sistema é constituída por um computador que funciona como servidor de

dados, onde é possível a configuração das comunicações a efectuar entre o centro de dados e os

Routers na rede eléctrica. Esta unidade incorpora uma base de dados implementada em SQL6, usando

para comunicação protocolos OBDC7, que se encontra disponível pelo servidor aos utilizadores do

sistema,. Destacam-se os seguintes serviços do centro de dados:

• Administrador

• Despacho

• Configuração

• Analista

• Exportação de dados

Seguidamente, apresenta-se um resumo das funcionalidades de cada um destes serviços:

Administrador:

Responsável por criar e dar permissões de acesso aos utilizadores do sistema Smart IMS e

formação de grupos de acesso das informações adquiridas. Gere a base de dados do sistema de

telecontagem e forma grupos de consumo ou consumidores individuais, definindo-lhes o ponto de

despacho correspondente. Supervisiona e estabelece a segurança da informação geral adquirida de

todos os componentes associados à rede.

6 Do inglês Structured Query Language(SQL), linguagem computacional para criação, manutenção e acesso a sistemas de base de dados. 7 Do inglês Open Database Connectivity (ODBC), tecnologia standart de programação para acesso a base de dados através de uma biblioteca de funções pré-definida, criada pelo grupo de acesso SQL

- 23 -

Despacho:

Permite a configuração de novos contadores e gestão dos existentes, procedendo à recolha dos

seus dados em função duma pesquisa padrão pretendida, manual ou automática. Permite obter dados

da instalação, substituição e avaria dos contadores. Responsável pela definição e carregamento de

novas tarifas em contadores ou grupo de contadores. Este serviço é o mais importante de todo o

sistema.

Configurador:

Associa novos consumidores consoante o tipo de característica habitacional ao diagrama gráfico

da rede. Os consumidores são agregados pela seguinte sequência: Distrito – Cidade – Zona – Rua -

Prédio (Vivenda, Indústria, Outros) - Apartamento, endereçando-se de seguida os contadores

presentes na árvore de registo aos consumidores respectivos. Os consumidores são associados ao PT

respectivo e através do contador trifásico colocado nesse PT, é possível o controlo da energia que

transita para todos os consumidores e fazer o balanço energético.

Analista:

Permite a visualização gráfica do consumo e balanço dos consumidores ou de um grupo de

consumidores.

Exportação de Dados:

Serviço destinado à exportação dos dados de telecontagem para unidades externas ao sistema,

utilizando-se protocolos específicos para recolha e recepção de dados.

A aplicação chave deste sistema é o serviço de Despacho, que envia pedidos e procede à recolha

das respostas dos contadores. O utilizador deste serviço procede à configuração dos pedidos de

dados para os contadores dos quais pretende obter a informação. Os pedidos configuráveis podem ser

a configuração do contador e recolha dos seus dados, envio de sinais de avisos, mudança forçada de

tarifa, corte do consumidor da rede e definição de novos tarifários (como será abordado no Capítulo 5).

Através da base de dados do sistema, esses pedidos flúem para o servidor de dados, que os converte

em pacotes de dados compatíveis com o canal a usar, transmitindo-os para o Router e seguidamente

para os contadores. É o Administrador que lhe concede direitos de acesso à árvore de registo do

sistema e ao servidor de dados.

- 24 -

4.1.6. Funcionamento do sistema

Como visto em 4.1.1, o sistema opera sobre dois modos distintos. No caso em que o sistema

funciona sob a opção de pré-pagamento (Figura 4.9), a operação é feita do seguinte modo: o

consumidor carrega uma determinada quantidade de energia eléctrica, que se traduz num respectivo

número de créditos. O sistema recebe a informação de pré-pagamento e do número de créditos

adquiridos, enviando esses dados para o contador associado ao consumidor. O saldo actual é

incrementado nesse número de créditos, e conforme o consumo, vai diminuindo. Essa informação está

sempre disponível no display do contador em tempo real. Caso haja uma configuração para corte do

consumidor quando o saldo se torna nulo ou negativo, o contador desliga-se automaticamente,

podendo apenas ser activado após novo carregamento.

Figura 4.9 - Modo de operação sobre pré-pagamento

Quando o sistema opera sobre o modo de crédito, o consumo eléctrico desse consumidor é

transmitido para o centro de dados (ao fim do dia, semana ou mês), procedendo-se à cobrança após

um período acordado de consumo. Caso o consumidor não pague a sua factura, o distribuidor pode

desligar esse consumidor da rede, através da função de Despacho, até liquidação da mesma.

Relativamente às tarifas diferenciadas, as mesmas são configuradas e posteriormente enviadas

para um contador ou grupo de contadores. O serviço de Despacho define as diversas tarifas, tendo a

possibilidade de configurar os preços de kWh para cada hora do dia, os dias específicos durante a

semana (trabalho, descanso e especiais), e os períodos das estações do ano. Pode ainda estabelecer-

-se condições especiais de infracção de limites (corrente, potência, etc.), em que a tarifa de

penalização se sobrepõe, contabilizando-se esse tempo de penalização para futura aplicação de

multas, conforme estabelecido em contrato.

A autonomia do sistema passa por, sem a acção remota do centro de dados ou ida de qualquer

técnico ao local, desligar o consumidor de fornecimento de electricidade nos casos em que, se

aplicável, se exceda determinado consumo de energia activa e/ou reactiva, corrente diferencial acima

de valor aplicado à instalação e valor de saldo (pré-pagamento) abaixo do permitido. Sem qualquer

disposição especial, está o corte incondicional em caso de anomalia do valor de tensão de entrada,

excesso de corrente e sobreaquecimento.

- 25 -

É possível que o corte condicional tenha em conta certas limitações configuráveis, face ao

contratado estabelecido entre o consumidor e o comercializador, como o caso de nunca poder desligar

o consumidor em períodos nocturnos, fins de semana ou feriados. Caso a instalação do consumidor o

permita, o relé extra pode fornecer uma quantidade limitada de energia eléctrica até ao mesmo

regularizar a situação excedida.

A possibilidade de balanço eléctrico da rede para o qual o sistema Smart IMS opera é um

benefício para o distribuidor de electricidade, que vê presentemente a sua rede afectada de perdas

desde os pontos de fornecimento até aos consumidores finais. A instalação de contadores trifásicos

nos PT´s permitem a recolha do consumo eléctrico total e, comparando com o somatório do consumo

individual de todos os contadores a jusante desse PT, ver se os valores são semelhantes. Caso as

indicações sejam diferentes, há perdas, sejam técnicas ou por furto de electricidade.

O aviso de detecção de perdas na rede é feito por envio de mensagens de anomalia para o centro

de dados, que recebe informação de avaria dos contadores ou excesso de consumo na rede, podendo

o serviço técnico actuar rapidamente sobre a zona de defeito. O envio de mensagens de anomalia é

feito de forma urgente para o centro de dados, indicando-se os dados relevantes do local e tipo de

anomalia.

- 26 -

- 27 -

5. Configuração do Sistema SMART IMS e Visualização de Dados

5.1. Instalação de Centro de Dados e Unidades Remotas

Com a finalidade de teste das funcionalidades do sistema proposto e medição de resultados

essenciais para o desenvolvimento deste trabalho, optou-se pela instalação do sistema sob uma

condição verídica de funcionamento em BT. O centro de dados foi instalado no Instituto Superior

Técnico e as unidades remotas, Router e contadores com tecnologia GSM/PLC, num agregado familiar

típico do mercado eléctrico. O agregado familiar, residente na zona de Lisboa, é constituído por 4

pessoas e uma empregada, entre os 25 e 50 anos de idade, ao qual se encontra associado um

consumo típico mensal de 220 kWh, para uma potência contratada de 6,9 kVA. Foram também

instaladas unidades remotas com tecnologia GPRS/PLC num laboratório do Instituto Superior Técnico,

para verificação pontual de características do equipamento, independentes do consumo efectuado.

Relativamente à instalação do Router no agregado familiar, face à impossibilidade de acesso ao

PT respectivo, o mesmo foi instalado à saída do quadro de colunas. Através de terminal próprio,

verificou-se que o ruído presente na rede era desprezável na gama de frequências destinadas à

comunicação via PLC. A instalação, dotada de fornecimento trifásico, requereu a montagem de um

contador trifásico à saída do quadro eléctrico da instalação. Para recolha de dados de outros aparelhos

eléctricos da instalação, usou-se um contador monofásico (colocado a jusante do trifásico), adaptado

para ligação directa às tomadas de alimentação. Os esquemas de montagem dos aparelhos de medida

são dados pelas figuras 5.1 e 5.2, sendo semelhantes no caso da instalação feita no laboratório.

Figura 5.1 - Esquema de ligações de contador monofásico (amovível)

Figura 5.2 - Esquema de ligações de contador trifásico (permanente)

- 28 -

Dadas as montagens descritas, é possível obter, pelas equações subsequentes, os respectivos

valores de consumo e potência mostrados nos contadores:

Contador Monofásico:

Valores instantâneos de tensão e corrente:

tVv ϖsin2=

( )φϖ −= tIi sin2

em que fπϖ 2=

Potência activa instantânea:

vip =

Potência activa:

)cos(φVIP =

Energia:

∫= PdtEP

Contador Trifásico:

Valores instantâneos de tensão e corrente:

tVva ϖsin2=

( )φϖ −= tIia sin2

( )3/2sin2 πϖ −= tVvb ( )φπϖ −−= 3/2sin2 tIib

( )3/2sin2 πϖ += tVvc ( )φπϖ −+= 3/2sin2 tIic

em que fπϖ 2=

Potência activa instantânea:

ccbbaa ivivivvip ++==

Potência reactiva instantânea:

( ) ( ) ( )222|||| abbacaacbccb ivivivivivivivq −+−+−=×=

- 29 -

Potência activa:

)cos(3 φVIP =

Potência reactiva:

)sin(3 φVIQ =

Energia activa:

∫= PdtEP

Energia reactiva:

∫= QdtEQ

O estudo efectuado sobre o agregado familiar foi feito em duas situações distintas:

• Contador trifásico como ponto de balanço e contador monofásico como medidor de

consumos de uma das cargas da instalação, com a finalidade de verificar a funcionalidade

de balanço;

• Contador trifásico como medidor de consumos de toda a instalação e contador monofásico

como medidor de consumo de electrodomésticos, com a finalidade de verificação da

generalidade das funcionalidades do sistema.

5.2. Configuração de Comunicações e Árvore de Registo

Dada a montagem dos contadores no agregado familiar e certificado o fornecimento de energia

eléctrica no local, procedeu-se à detecção dos contadores a partir do centro de dados. Usando-se o

programa RRConfig (programa destinado à configuração das comunicações do centro de dados para

unidades remotas, Figura 5.3), criou-se um novo canal de comunicação, do tipo GSM, para o Router

do local de consumo (GPRS no caso do laboratório). Introduzindo-se os parâmetros do centro de

dados (número da rede celular, porta COM de acesso, etc.), passou-se à configuração das

comunicações para o local de consumo, nomeadamente do período de ligação e número GSM do

Router associado..

- 30 -

Figura 5.3 - Parâmetros de definição do centro de dados

Consoante o tipo de dados a recolher, foram subscritos diferentes períodos de comunicação

(diária, semanal, mensal ou em dias específicos) para uma determinada hora do dia em que as redes

de comunicação GSM/GPRS não se apresentam congestionadas (Figura 5.4).

Figura 5.4 - Definição de período de comunicação e número GSM do local de consumo

Tal como descrito em 4.1.4, a aquisição de endereços do Router e contadores associados requer

a comunicação entre o centro de dados e o Router no local de consumo. As comunicações são feitas

tantas vezes quantas as necessárias para a formação de árvore de registo associada ao local de

consumo, como mostra a Figura 5.5.

- 31 -

Figura 5.5 - Árvore de registo associado ao local de consumo

5.3. Configuração do Local de Consumo/Grupo de Consumo

Adquirida a árvore de registo, a base de dados do sistema encontra-se pronta para associar os

identificadores dos contadores à respectiva identificação dos clientes (nº de cliente, local de serviço,

dia de instalação, tipo de instalação, etc.). Recorrendo ao programa Configurador, procedeu-se à

atribuição dos contadores ao respectivos consumidores no diagrama gráfico da rede, assim como a

criação de ponto de balanço associado à rede local. Na Figura 5.6 está representada a atribuição dos

contadores ao local de consumo, fazendo-se a distinção entre o consumidor do tipo monofásico e

trifásico. Esta distinção é necessária pois não é possível a existência de dois contadores associados

ao mesmo consumidor, passando a entender-se o local de consumo como um grupo de consumidores.

Figura 5.6 - Estrutura de atribuição de contadores aos consumidores

- 32 -

A estrutura necessita da informação do PT associado aos consumidores, por questões de

comunicação entre Router e contadores. Para a suposta obtenção de valores de balanço entre a

energia fornecida pelo PT e a energia registada nos contadores agregados, o contador trifásico foi

associado aos terminais do PT no diagrama gráfico da rede, conforme visível na Figura 5.7.

Figura 5.7 - Ponto de balanço à saída do PT associado ao local de consumo

Caso fosse necessária a adição de novos contadores à estrutura definida anteriormente, uma nova

árvore de registo importaria para a base de dados do sistema um novo ID, sendo possível, através do

programa Configurador, a associação de novos contadores aos consumidores respectivos.

5.4. Configuração de Contadores

Os itens abordados neste subcapítulo foram acedidos através do programa Despacho. As

operações efectuadas de configuração, visualização de dados e pedidos em tempo real foram

realizadas após o funcionamento das unidades remotas até às 24 horas posteriores ao dia da sua

instalação (período necessário para os dados de novos contadores fluírem para o Router).

Os campos de configuração possíveis são acedidos através do respectivo grupo de consumo,

procedendo-se à configuração individual ou colectiva de contadores (Figura 5.8). As configurações

possíveis estão disponíveis em 13 campos navegáveis: Recolha Automática de Dados, Corte, Display,

Display Remoto, Arquivo de Dados, Dispositivo de Segurança, Factor de Potência, Pico de Potência,

Limites de Consumo, Limites de Potência e Controlo de Relé Secundário. A explicação de cada campo

será feita posteriormente.

- 33 -

Figura 5.8 - Menu de configuração e configuração de Auto Data do contador

Todas as configurações podem ser feitas pelo utilizador deste programa, no momento, ou para

uma data possível de ser programada (conforme necessária a mudanças de prestação de serviço).

Para as unidades remotas providas de tecnologia GSM, a transmissão da configuração pretendida é

feita por envio de SMS ou conexão GSM, e no caso de tecnologia GPRS, por envio automático de

pacotes de dados pelo canal GPRS activo (usando protocolos TCP/IP8).

A titulo exemplificativo, mostra-se a configuração do contador trifásico pertencente ao grupo de

consumo do agregado residencial.

5.4.1. Recolha Automática de Dados

Neste campo de configuração, é possível a configuração da recepção automática no centro de

dados de vários parâmetros de leitura dos contadores, de acordo com uma determinada tabela de

subscrição (diário, semanal ou mensal).

Para o estudo de consumo eléctrico, foram apenas salvaguardados os dados que se consideraram

relevantes para o estudo em causa (ver Figura 5.8). Os parâmetros recolhidos foram Energia Total

Activa, Energia Activa consumida no período de vazio (L), Energia Activa consumida no período de

cheia (M), Energia Activa consumida no período de vazio (H), Energia Reactiva (Indutiva e Capacitiva),

Tempo sem Consumo (definido como Idle time), Eventos e Alarmes do Contador, Mapa de Consumo

Horário, Potência Activa Máxima Ocorrida, Potência Reactiva Máxima Ocorrida (Indutiva e Capacitiva)

e valores de Balanço.

A subscrição destes dados variou ao longo do estudo, a fim de se estimar a quantidade de

informação trocada em kB, assim como o tempo de comunicação ocorrido em função do tipo de 8 Do inglês Transmission Control Protocol (TCP) e Internet Protocol(IP), conjunto de protocolos de comunicação que implementam a pilha de protocolos sobre a qual a Internet e a maioria das redes comerciais funcionam.

- 34 -

subscrição. A adopção deste contador, por determinados períodos de tempo, enquanto ponto de

balanço, permitiu a obtenção posterior do balanço eléctrico entre a saída do quadro de colunas e o

contador colocado a jusante, sendo desactivada a subscrição deste dado quando se tornou

desnecessário.

5.4.2. Corte

O uso deste campo de configuração destina-se a fazer o corte forçado ou ligação do consumidor à

rede, assim como permitir o aparecimento de avisos segundo o acontecimento de eventos (descritos

na Tabela A.4) ou funcionamento do consumidor em tarifa de penalização permanente.

No sentido de comprovar o funcionamento desta capacidade, foram realizadas no laboratório

diversas acções de corte e visualização de avisos conforme evento ocorrido, comprovando o sucesso

desta funcionalidade.

Figura 5.9 - Configuração de Corte do contador

5.4.3. Display do Contador

Através deste campo é possível a definição dos dados considerados como úteis de visualização

no display do contador. Por questões de durabilidade do display do contador, é possível a variação do

tempo de visionamento do mesmo (desde “2 minutos” ligado até “sempre” ligado), assim como o tempo

de alternância entre os respectivos dados. O utilizador pode ligar o display através do botão externo, e

premindo-o várias vezes, alternar entre os diversos valores.

Para o estudo em questão, optou-se pela visualização dos valores configurados anteriormente em

Recolha Automática de Dados, em adição dos seguintes campos: Potência Activa Instantânea,

Potência Reactiva Instantânea, Tempo de Duração de Tensão Incorrecta, Tempo de Duração de

Corrente Diferencial e φCos . A opção pela visualização destes valores prendem-se com a

possibilidade de dar ao consumidor uma noção, em tempo real, do consumo instantâneo da sua

- 35 -

residência, contextualizando-se com questões relacionadas com qualidade de energia e segurança na

sua instalação.

Figura 5.10 - Configuração do Display do contador

5.4.4. Display Remoto

Campo destinado à configuração de um display remoto, possível de se ligar em qualquer tomada

eléctrica da instalação do consumidor. Permite a configuração dos dados a visualizar e do período

para troca de dados entre o contador e esta unidade.

Este display não esteve disponível para teste, não sendo o mesmo necessário para a obtenção de

dados relevantes ao estudo. A sua principal funcionalidade está relacionada com o facto de o

consumidor poder ler os dados do seu contador sem se deslocar ao mesmo, muitas vezes colocados

em sítios de acesso menos prático.

5.4.5. Arquivos de Dados e Temporizador

Nestes dois campos, é possível a definição do tempo em memória de cada dado lido conforme o

período de subscrição definido, assim como dos períodos de Verão e Inverno. Permite a configuração

do tempo de espera até nova conexão, após a ocorrência de um defeito (forçado ou intencional).

No caso do agregado familiar, o tempo a guardar em memória dos valores lidos variou consoante

a quantidade de dados a ler, definindo-se um período de conexão imediatamente após a ocorrência do

defeito. Foram definidos os períodos legais de hora de Verão e Inverno.

5.4.6. Limites de Segurança

Campo destinado à definição de limites de tensão de entrada (mínimo e máximo), da diferença

entre tensões de entrada (para protecção de equipamentos em caso de perturbações de tensão na

- 36 -

rede), limite de corrente máxima admissível e limite de corrente diferencial. A ocorrência de um destes

limites é acompanhada de corte do contador .

O valor limite de corrente admissível optado para o agregado residencial é o que equivale à sua

potência contratada, ou seja, de 30 A. Face à existência no local de consumo de um aparelho

diferencial, procedeu-se à configuração do valor de corrente diferencial do contador para um valor

abaixo do que já existia (100 mA face aos 300mA).

Figura 5.11 - Configuração de Limites de Segurança do contador

5.4.7. Cos φ

Definição de limites do factor de potência para o qual o contador emite um aviso, muda do tarifário

actual para tarifário de penalização ou procede ao corte de fornecimento de energia.

Optou-se apenas pela visualização de aviso e mudança de tarifa quando se infringe o valor de

factor de potência legislado.

5.4.8. Potência Máxima

Destina-se à configuração de detecção de valores de potência máxima (activa e reactiva),

ocorridos num determinado período de consumo (diário, semanal ou mensal).

Foi definido como período de captura de valores de pico o consumo diário do agregado em

questão.

- 37 -

Figura 5.12 - Configuração de Potência Máxima ocorrida pelo consumidor

5.4.9. Limite de Consumo

Definição do valor limite de consumo de energia para um determinado período (diário, semanal ou

mensal).

Estando no nosso mercado eléctrico apenas disponível a opção de crédito, esta solução não foi

testada no agregado residencial. Verificou-se o seu funcionamento no laboratório, face ao

inconveniente de limitar os consumos no agregado para confirmar esta funcionalidade.

Figura 5.13 - Configuração de Limite de Consumo

5.4.10. Controlo de Relé Secundário

Campo destinado à configuração temporal de corte e conexão de cargas ligadas ao circuito do relé

secundário. Possível de se definir tabelas horárias de funcionamento específico, ou operação por

limites de tempo determinados após o corte do relé principal.

Esta funcionalidade apenas foi testada em laboratório, comprovando o seu funcionamento.

- 38 -

Figura 5.14 - Configuração de operação do relé secundário

5.5. Definição de Tarifas

O serviço de Despacho permite a visualização e edição de tarifas associadas a um contador ou

grupo de contadores. O sistema estudado permite a definição de tarifas de consumo eléctrico segundo

as estações do ano, a estrutura semanal e os dias definidos como especiais. A sua configuração

estabelece o período para o qual o novo tarifário entra em vigor. Os termos básicos de planos de

tarifas encontram-se no anexo B. Depois da selecção do contador ou grupo de contadores que se

pretendem configurar, a opção Tariff Plan mostra a caixa de configuração. Por defeito, qualquer

contador vem carregado com uma tarifa standard de fábrica, correspondendo todos os dias da semana

a dias de trabalho e todo o período diário ao período de vazio (Low).

Figura 5.15 - Janela de opção de planos tarifários e campos de configuração

A Figura 5.15 mostra a definição dos diversos campos da tarifa do agregado residencial em

estudo, entendidos como os necessários para o sistema e de acordo com a legislação em vigor.

Para o período semanal, definiu-se os dias úteis da semana como dias de trabalho (Work day), e

os restantes dias como fim de semana (Holiday). Uma vez que os tarifários actuais do mercado

- 39 -

eléctrico não têm em conta dias especiais (como feriados ou outros), configurou-se apenas

determinados dias de teste, a fim de se apurar o funcionamento do tarifário em dia especial. Foram

definidos dois períodos de estação, conforme o período de hora legal de Inverno e de Verão. Para

esses mesmos períodos, foram entendidos os períodos diários de trabalho (Work Tariff), de descanso

(Holiday Tariff) e especiais (Special Tariff), quando aplicável. Estes períodos diários são definidos

recorrendo à funcionalidade Tariff Reference, usando uma janela de visualização dos diferentes tipos

de dia para a configuração do horário de período de vazio, cheias e ponta (Figura 5.16). O facto de não

se poder aceder ao período de integração do contador, por razões de segurança, não permitiu a

alteração do período de integração de acordo com o legislado (15 minutos), tendo os tarifários de

serem adaptados para períodos de integração de uma hora (definido de fábrica).

Figura 5.16 - Janela de configuração de períodos horários conforme tipo de dia

Depois de confirmada a opção de envio do novo tarifário para o contador ou grupo de contadores,

a transmissão deste pedido é feita por envio de SMS ou conexão GSM, no caso de unidades remotas

providas de tecnologia GSM/PLC, ou por envio automático de pacotes de dados pelo canal GPRS

activo, no caso de tecnologia GPRS/PLC.

5.6. Visualização de Dados

Efectuadas as devidas configurações dos grupos de consumidores, dos contadores, definição e

carregamento de tarifas como descrito anteriormente, foi possível a recolha e visualização dos

diversos dados através dos programas de Despacho e Analista.

De seguida apresentam-se algumas das formas possíveis de visualização de resultados.

5.6.1. Ponto de balanço

Através do programa Analista, é possível a visualização gráfica dos valores de balanço ocorridos

para um esquema de consumo onde esteja definido um ponto de balanço (como na Figura 5.3). O

período de amostra pode ser definido desde um dia até períodos mais extensos de consumo. Como

exemplo, mostra-se de seguida a representação gráfica do balanço total para o período de amostra de

um mês:

- 40 -

Figura 5.17 - Gráfico de balanço total no período de um mês

A Figura 5.17 permite a análise do balanço associado ao PT respectivo em que, no gráfico acima,

as barras a azul representam a energia consumida à saída do PT, e as barras a verde, a energia

consumida à entrada do grupo de consumidores. O balanço absoluto é dado como a diferença entre a

energia consumida à entrada do grupo de consumidores e a energia de saída do PT.

O gráfico em baixo permite visualizar o balanço relativo em percentagem, em que cada valor

percentual é definido como:

Estes valores são também possíveis de visualizar numa tabela de valores, seleccionado a opção

View as Table na janela de resultados, permitindo a amostragem total de consumo do respectivo grupo

(Figura 5.18).

%100 Relativo Balanço ×−

=idorrupoconsumentradanog

saidaPTidorrupoconsumentradanog

Consumo

ConsumoConsumo

- 41 -

Figura 5.18 - Gráfico de energia de saída do PT/entrada do grupo de consumidores

5.6.2. Indicações e consumos diários

A visualização de indicações e dados de consumo de um consumidor ou grupo de consumidores é

possível recorrendo aos programas Despacho e Analista.

Através do programa Despacho, a recolha de informação de um contador é feita após a sua

selecção e definindo a grelha de amostragem pretendida para um determinado período. A Figura 5.19

mostra os dados de leitura segundo uma grelha previamente configurada pelo utilizador, sendo

possível a visualização segundo outras grelhas de informação disponíveis pelo programa.

Figura 5.19 - Janela de visualização de valores diários no período de um mês segundo uma grelha de

amostragem pré definida

- 42 -

5.6.3. Mapa de consumo horário do contador

A visualização do consumo horário de potência activa é possível através do programa Despacho.

Seleccionando o contador em questão, a opção Data for Period → Maps of Hourly Consumption

permite, para um período de consulta desejado, a seguinte janela de visualização:

Figura 5.20 - Janela de visualização de valores de consumo horário no período de um mês

5.6.4. Lista de pedidos

O programa Despacho permite ao utilizador do sistema verificar os pedidos feitos para

determinado contador ou grupo de contadores, através da funcionalidade List of Requests (Figura

5.21). Esta opção permite saber se existem pedidos pendentes para despacho no contador

seleccionado, sejam leituras de consumos, configurações de tarifas ou outras acções que necessitem

comunicação entre o centro de dados e o contador.

- 43 -

Figura 5.21 - Lista de pedidos pendentes para um contador

Os pedidos pendentes surgem ordenados por data de entrada do pedido, data da última tentativa

de envio desse pedido, e contabilização do número de tentativas de envio. Após sucesso no envio do

pedido pendente, o mesmo é eliminado da lista.

5.6.5. Pedido de dados on-line

Caso o utilizador necessite de obter no momento determinados valores de um consumidor, o

programa Despacho permite efectuar uma comunicação com o contador afim de recolher os dados

necessários. A Figura 5.22 mostra o pedido de recolha de dados de um contador no momento, sendo

alvo de recolha os dados de arquivo do contador, assim como outras grandezas instantâneas do

consumidor.

Figura 5.22 - Configuração de dados a recolher de um contador no momento

- 44 -

Em caso de comunicação bem sucedida, o programa retorna a janela de visualização da Figura

5.23, mostrando todos os dados guardados em memória, assim como os valores instantâneos.

Figura 5.23 - Janela de visualização de dados enviados pelo contador sobre pedido on-line

5.6.6. Exportação de resultados

Recorrendo ao programa Exportação de Dados, toda a informação guardada no centro de dados,

relativamente aos consumidores associados a este sistema, podem ser exportados para entidades

externas ao centro de dados. A acção de exportação de dados pode ser feita de forma automática ou

manual. Ambas pressupõe a configuração do tipo de dados a exportar, o período de análise e o

período horário para exportação.

A Figura 5.24 mostra a configuração de exportação de dados automática para um grupo de

consumidores, relativamente aos dados diários do grupo. Pode-se escolher o tipo de ficheiro em que

os dados serão gravados (DBF, HTML, TXT e CSV), a sua periodicidade de exportação e a hora de

envio do ficheiro gerado. A operação é semelhante para os outros campos da configuração automática

(Daily Data, Map of Hourly Consumption, Map of Hourly States e Outage Report).

- 45 -

Figura 5.24 - Janela de configuração de dados a exportar automaticamente de um grupo de consumidores

A opção Data Format define quais os dados a exportar no respectivo campo, devendo as mesmas

ser de acordo com os dados guardados nos arquivos dos contadores.

Como último campo de configuração da exportação automática de dados, a configuração de File

Transmission é preenchido com a informação das entidades externas, necessária para o envio dos

ficheiros gerados (Figura 5.25).

Figura 5.25 - Janela de configuração de exportação de dados automática por FTP

- 46 -

- 47 -

6. Recolha e Análise de Dados

6.1. Recolha de Dados do Grupo Consumidor Residencial

Face às configurações efectuadas sobre o grupo consumidor em estudo, conforme em 5.3, e

sobre os contadores associados, descrito em 5.4, foi possível a recolha de dados de consumo e das

suas características técnicas. A utilização dos programas Analista e Exportação de Dados permitem

a visualização dos dados recolhidos do grupo consumidor, assim como geração de ficheiros em

formato .txt para análise posterior.

Os períodos de recolha de dados variaram consoante as diversas configurações efectuadas nos

contadores.

6.1.1. Dados recolhidos do contador trifásico

Procedeu-se à recolha de dados de consumo deste contador em dois períodos distintos: com e

sem a opção de recolha de valores de balanço activa. A Figura 6.1 mostra a energia de saída do

contador no período de 12 de Março a 12 de Abril, para funcionamento enquanto ponto de balanço.

Figura 6.1 - Gráfico com os dados recolhidos do contador trifásico enquanto ponto de balanço

Posteriormente, após desactivada a função deste contador como ponto de balanço, efectuaram-se

recolhas de dados adicionais de consumo de potência activa e reactiva, e do valor de pico de potência

activa ocorrido neste mesmo período.

- 48 -

6.1.2. Dados recolhidos do contador monofásico: alimentação de uma máquina de lavar roupa

Para o período de 25 de Março a 25 de Abril, utilizou-se o contador monofásico para estimar o

consumo de uma máquina de lavar roupa. A Figura 6.2 mostra o consumo de saída desse contador, no

período de consumo referido.

Figura 6.2 - Gráfico com os dados recolhidos do contador monofásico alimentando uma máquina de lavar roupa

6.1.3. Dados recolhidos do contador monofásico: alimentação de uma televisão

Utilizou-se posteriormente o contador monofásico para alimentação de uma televisão, com a

finalidade de estimar o consumo da mesma durante um mês. Durante esse período, o aparelho

funcionou em duas situações distintas, para o mesmo número de dias de uso deste aparelho:

• Televisão em modo standby após o uso (standby ligado);

• Televisão completamente desligada após o uso (standby desligado).

A Figura 6.3 mostra o consumo de saída do contador, no período de um mês, correspondendo o

consumo do dia 6 a 20 de Maio o período para a qual a televisão permaneceu em standby, e o

consumo do dia 21 de Maio a 6 de Junho a situação inversa.

- 49 -

Figura 6.3 - Gráfico com os dados recolhidos do contador monofásico alimentando uma televisão

6.2. Análise dos Dados Recolhidos

Através do programa Analista, e recorrendo aos ficheiros gerados dos dados de consumo, foi

possível uma análise ao perfil de consumo deste grupo em diferentes situações. O uso desses dados

em folhas de cálculo do Excel permitiram obter representações gráficas do desenrolar do estudo,

tirando-se as devidas conclusões.

6.2.1. Contador trifásico

Para o funcionamento deste contador no período referido em 6.1.1, foi possível obter os resultados

de balanço como mostra a Figura 6.4. De facto, é possível constatar o funcionamento deste contador

como ponto de balanço, pois existe uma grande diferença entre a energia medida à saída deste

contador quando comparada com a energia registada no contador a jusante deste ponto.

- 50 -

Figura 6.4 - Gráfico de consumo e balanço relativo entre 12 de Março e 12 de Abril

Este resultado era esperado, uma vez que o contador trifásico encontrava-se a monitorizar as 3

fases da instalação do consumidor, e o contador monofásico a medir apenas uma das cargas da

instalação, ficando todas as restantes cargas livres de leitura. O sistema estabeleceu a diferença entre

valores consumidos à saída de ambos os contadores, tendo apresentado o valor diário de balanço

relativo no centro de dados. Esta situação comprova o funcionamento do sistema contra anomalias nos

aparelhos de medição ou actos de fraude.

Nos períodos posteriores de funcionamento, desabilitada a função de ponto de balanço,

recorrendo aos mapas de consumo diário e horário registados neste contador é possível obter os

valores de energia consumida presentes na Figura 6.5, assim como a sua distribuição média pelas

diferentes horas do dia como mostra a Figura 6.6. Para o consumo compreendido entre 27 de Maio e

27 de Junho, a energia total consumida foi de 200,57 kWh, em que 37,9% desse consumo é no

período de vazio, e 62,1% no período fora de vazio.

- 51 -

Consumo diario do contador trifásico de 27 de Maio a 27 de Junho

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

27-05-07

29-05-07

31-05-07

02-06-07

04-06-07

06-06-07

08-06-07

10-06-07

12-06-07

14-06-07

16-06-07

18-06-07

20-06-07

22-06-07

24-06-07

26-06-07

Dia do mês

Wh

Figura 6.5 - Gráfico de consumo diário de 27 de Maio a 27 de Junho

Consumo médio por hora do contador trifásico

0

100

200

300

400

500

600

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora do dia

Wh (médio)

Figura 6.6 - Gráfico de consumo horário médio de 27 de Maio a 27 de Junho

Para o mesmo período de consumo, os dados recolhidos permitem uma análise mais aprofundada

das características de consumo do consumidor, relativamente à energia activa e reactiva consumida,

potência máxima activa e reactiva, assim como o factor de potência médio resultante em cada dia. Os

resultados traduzem-se nas figuras 6.7, 6.8 e 6.9.

- 52 -

Energia Consumida

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

27-05-07

29-05-07

31-05-07

02-06-07

04-06-07

06-06-07

08-06-07

10-06-07

12-06-07

14-06-07

16-06-07

18-06-07

20-06-07

22-06-07

24-06-07

26-06-07

Dia do mês

Wh

(varh)

E. Activa

E. Reactiva

Figura 6.7 - Gráfico de energias consumidas por dia entre 27 de Maio e 27 de Junho

Potências de Pico

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

27-05-07

29-05-07

31-05-07

02-06-07

04-06-07

06-06-07

08-06-07

10-06-07

12-06-07

14-06-07

16-06-07

18-06-07

20-06-07

22-06-07

24-06-07

26-06-07

Dia do mês

W

(var) Potência Activa

Potência Reactiva

Figura 6.8 - Gráfico de potências de pico ocorridas por dia entre 27 de Maio e 27 de Junho

Pelo gráfico anterior, podemos constatar que o consumidor nunca ultrapassou a potência máxima

contratada, tendo no entanto atingido esse valor máximo no dia 5 de Junho, no valor de 6900W. O

facto de ter ocorrido por um período de tempo curto não levou ao corte do relé principal do contador.

- 53 -

Factor de Potência médio diário

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

27-05-07

29-05-07

31-05-07

02-06-07

04-06-07

06-06-07

08-06-07

10-06-07

12-06-07

14-06-07

16-06-07

18-06-07

20-06-07

22-06-07

24-06-07

26-06-07

Dia do mês

Cos fi

Figura 6.9 - Gráfico do factor de potência médio diário entre 27 de Maio e 27 de Junho

A análise da Figura 6.9 permite confirmar que o consumidor infringe o valor legislado de factor de

potência, embora não aplicável a este consumidor. Caso o consumidor tivesse obrigatoriedade de

pagar a energia reactiva consumida, existiriam dias em que esse valor a cobrar seria aplicável. O

aproveitamento destes dados numa solução que impõe o valor legislado de factor de potência será

abordado no Capítulo 8.

6.2.2. Contador monofásico: alimentação de uma máquina de lavar roupa

Para o período de recolha de dados referido em 6.1.2, é possível estimar a quantidade de energia

eléctrica consumida em período de vazio e período de cheia (Figura 6.10). Para um consumo total de

6,62 kWh, correspondendo a 16 dias de uso mensal efectivo, o mesmo distribui-se em 3,47% em

período de vazio (das 22h às 08h), e 96,53% em período fora de vazio (das 08h às 22h).

- 54 -

Consumo total por hora

0

200

400

600

800

1000

1200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Hora do dia

Wh

Figura 6.10 - Gráfico de consumo total por hora entre 25 de Março e 25 de Abril (máquina de lavar roupa)

Os resultados expressos na Figura 6.10 permitem formar algumas ideias acerca do uso típico

deste electrodoméstico. O seu uso predominante em horas fora de vazio está relacionado com o

horário de trabalho da funcionária de limpeza, encarregada da lavagem da roupa do agregado familiar.

A variação de consumo em cada utilização prende-se com os diferentes programas de lavagem

empregues, assim como das temperaturas variáveis de aquecimento de água. A migração de

utilização deste electrodoméstico para períodos predominantemente de vazio e selecção de baixas

temperaturas de aquecimento de água seriam um ganho económico para o consumidor.

6.2.3. Contador monofásico: alimentação de uma televisão

Relativamente ao período de análise apresentado em 6.1.3, o consumo total é de 10,4 kWh,

servindo estes dados para obter um gráfico comparativo entre as acções tomadas pelo consumidor .

Para o período em que o consumidor deixou o televisor em standby (6 a 20 de Maio), o consumo é

de 6,04kWh, repartido em 47% no período de vazio e 53% no período fora de vazio. No período

seguinte, em que o consumidor optou por não deixar a televisão em standby (20 de Maio a 6 de

Junho), o consumo diminuiu, sendo o seu valor 4kWh, em que 42% desse consumo é no período de

vazio, e 58% em período fora de vazio.

O gráfico 6.11 foi feito tendo em conta os consumos totais por hora nas duas situações distintas.

Para o primeiro caso, verifica-se que nos períodos em que o consumidor não usa a televisão

(sensivelmente entre as 01h e as 12h), existe consumo desnecessário considerável quando o aparelho

fica em standby, quando comparado com o segundo caso.

- 55 -

Consumo total por hora

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Hora do Dia

Wh Consumo com

Standby

Consumo semStandby

Figura 6.11 - Gráfico de consumo total por hora entre 6 de Maio e 6 de Junho

A tomada pela segunda opção, implica uma redução de quase 34% de consumo eléctrico total,

como mostra o gráfico 6.12, tendo aumentado o valor de consumo em período fora de vazio face à

primeira opção. Este aumento deve-se à ausência de consumo em standby quando a mesma não é

utilizada pelo consumidor, o que traduz uma diminuição considerável de consumo.

6040

4000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Wh

Comparação dos consumos totais nas duas soluções

Consumo Total com Standby Consumo Total sem Standby

Figura 6.12 - Gráfico comparativo de uso da televisão nas duas situações

Embora o período de análise nesta situação seja relativamente pequeno, e apesar de que o

consumo útil do televisor possa ter variado, os resultados estão, no entanto, de acordo com [7].

A opção desta atitude por parte do consumidor traz ao mesmo poupança anual significativa em

custos de energia.

- 56 -

- 57 -

7. Dados de Comunicações e Estimativa de Custos

7.1. Análise das Soluções Utilizadas

O sistema estudado neste documento permitiu a recolha de dados do consumidor para o centro de

dados através de dois tipos de comunicação: GSM e GPRS. É apresentado de seguida um estudo

para cada uma das soluções, utilizando como base o serviço da operadora de telecomunicações TMN,

e os seus respectivos planos tarifários.

Os resultados apresentados no capítulo 6 tiveram por base configurações de contadores

necessárias para salvaguarda e envio de dados do consumidor conforme a sua relevância para o

estudo. Realizaram-se três tipos de leitura aos contadores: leitura simples, leitura normal e leitura

completa.

A leitura simples baseia-se na recolha única de consumo total de energia activa e mapa de

eventos / alarmes do contador; a leitura normal já pressupõe a recolha destes últimos parâmetros

adicionados aos dados de consumo de energia activa por tarifas e consumo de reactiva (capacitiva e

indutiva); no caso da leitura completa todos os parâmetros referidos anteriormente são alvo de leitura,

podendo-se, conforme a configuração realizada, a leitura adicional de dados de consumo horário,

potências de pico, etc. A subscrição destas leituras foi feita em períodos diários, semanais ou mensais.

A variação do tipo de leitura e do período de subscrição permitiram obter a quantidade de kB

transferidos, o tempo de comunicação entre o centro de dados e as unidades remotas e o custo das

comunicações efectuadas neste estudo.

No fim deste capítulo apresenta-se, por meio de comparação directa, a melhor solução de

comunicações a nível dos custos de operação para o sistema de telecontagem estudado.

7.1.1. Solução GSM

A utilização de comunicações do tipo GSM pressupõe a utilização do modem GSM. Baseado

neste canal, o sistema utiliza o serviço Data Móvel9 ou envio de SMS para leitura e configuração das

unidades remotas. O uso de SMS nas comunicações necessárias a este estudo implicaria o envio de

muitas mensagens, devido ao seu limite máximo de 160 caracteres, o que se traduziria num maior

custo associado ao uso deste serviço. Em seu detrimento, apenas se recorreu ao serviço Data Móvel

para comunicações feitas pelo sistema.

Na Tabela 7.1 apresenta-se a quantidade de kB trocados entre o centro de dados e o Router

GSM. Face à quantidade de contadores disponíveis para estudo, realizaram-se leituras diversas para

um ou dois contadores, sendo de referir que no caso de se ler apenas um contador, procedeu-se à

leitura do contador monofásico.

9 Serviço de dados destinado ao controlo de equipamentos à distância, telemetria.

- 58 -

Nº de Contadores

Leitura Simples (kB)

Leitura Normal (kB)

Leitura Completa (kB)

1 220 264 352 2 264 352 484 10 616 1056 1496

100 4576 8976 13376

1000 44176 88176 132176

Tabela 7.1 - Quantidade de kB trocados para um universo de N contadores, para três tipos de leitura usando solução GSM

Os dados presentes na tabela anterior referentes a mais de 10 contadores traduzem uma

estimativa face ao estudo realizado com os dois contadores no agregado familiar e a log-files10 de 1000

contadores, disponibilizados por empresas de fornecimento de energia eléctrica onde este sistema de

telecontagem é usado. A diferença entre a quantidade de dados trocados, no caso em estudo e nos

log-files fornecidos, prendem-se com a necessidade de sincronização temporal variável, assim como o

número de identificadores a enviar na árvore de registo e quantidade de comunicações necessárias

para a recepção total de dados de leitura.

O tempo médio de ligação necessário para comunicação entre o centro de dados e o Router, e o

tempo médio de troca de dados entre ambos, encontram-se analisados na Tabela 7.2.

Leitura Simples Leitura Normal Leitura Completa Nº de

Contadores Tempo ligação(s)

Tempo troca de dados(s)

Tempo ligação(s)


Tempo ligação(s)


1 22 7,3 24 7,7 24 7,9 2 24 7,6 24 7,8 28 8,1 10 39,1 12,9 51,2 16,9 57,3 18,9

100 390,9 129,0 512,1 169,0 572,7 189,0

1000 3912,1 1291,0 5124,2 1691,0 5730,3 1891,0

Tabela 7.2 - Tempo médio de ligação e tempo médio de troca de dados usando solução GSM

O tempo de ligação é o tempo dispendido desde o momento em que se abre um canal GSM entre

os dois intervenientes, envio de dados pela central, tempo de aguarda e resposta pelo Router,

recepção de dados do Router e desactivação da ligação. O tempo médio de ligação é de 24 s, e o

tempo médio de troca de dados é de 7,6 segundos, sendo de concluir que o tempo médio de ligação é

bastante maior que o tempo médio de transmissão de dados.

Da tabela anterior, os dados do tempo de troca de dados para um e dois contadores foram

analisados directamente dos log-files gerados pelas comunicações feitas neste estudo. Os valores do

tempo de ligação provêem de dados fornecidos pela operadora de telecomunicações, assim como os

valores para mais de 10 contadores são valores estimados a partir dos log-files de N contadores,

disponibilizados por empresas de fornecimento de energia eléctrica onde este sistema de

telecontagem é usado. A impossibilidade de estudo deste sistema num universo de N contadores por

10 Ficheiros gerados pelo sistema; registam os tempos de comunicação entre a central de dados e as unidades remotas, os seus identificadores (ID´s) e a quantidade de informação (em kB) trocada entre ambos.

- 59 -

falta de meios disponíveis, poderá induzir em diferenças entre os valores obtidos e os valores

estimados, como é o caso do tempo de troca de dados. O facto do tempo de latência11 poder variar

dentro da própria operadora de telecomunicações com o qual foi feito o estudo, comparativamente com

a operadora de telecomunicações utilizada nos log-files disponibilizados de outras fornecedoras de

energia, impossibilita fazer uma estimativa real do tempo de ligação para N contadores no plano

nacional. No entanto, é de referir que os valores obtidos neste estudo para um e dois contadores foram

próximos dos resultados obtidos através dos log-files fornecidos.

A utilização do sistema estudado com tecnologia GSM, num universo de 6 milhões de

consumidores, e baseado nos dados da Tabela 7.2, implicaria que a leitura normal desses clientes

necessitasse de 235 dias para recolher todos os dados de leitura em questão. Este valor tem em conta

o número mínimo de leituras (duas por ano) obrigatórias segundo [1]. Considera-se este tempo de

leitura demasiado alto para a colecta de leituras sem erros no mercado eléctrico.

7.1.2. Solução GPRS

As comunicações via GPRS pressupõem o uso de Internet pelo centro de dados, assim como o

serviço de acesso à Internet por parte do Router. Face ao sistema de telecontagem estar concebido

para comunicar com os contadores a qualquer momento, existe a necessidade de manter o canal

GPRS do Router associado sempre activo, a fim de manter o seu IP fixo. Este último serviço é cobrado

seja pelo envio, seja pela recepção de dados úteis e cabeçalhos dos protocolos TCP/IP.

De forma análoga à solução exposta anteriormente, apresenta-se na Tabela 7.3 a quantificação de

kB trocados entre o centro de dados e o Router GPRS, tendo sido feitas as mesmas considerações

nas leituras realizadas.

Nº de Contadores

Leitura Simples (kB)

Leitura Normal (kB)

Leitura Completa (kB)

1 60 120 240 2 104 240 324 10 456 896 1336

100 4416 8816 13216

1000 44016 88016 132016

Tabela 7.3 - Quantidade de kB trocados para um universo de N contadores, para três tipos de leitura usando solução GPRS

Comparativamente com a solução GSM, refira-se que os dados necessários para leitura de

contagens nesta solução necessitam de menos 160 kB. Este valor prende-se com o facto de existir

sempre um canal GPRS activo, não havendo necessidade de envio de pacote de sincronização e da

árvore de registo nas comunicações dedicadas à aquisição de dados de leitura. Esses pacotes flúem

repetidamente pelo canal de comunicação, estando sempre actualizada a hora e árvore de registo do

Router. No entanto, se para a contabilização de dados trocados em comunicação de leituras não

11 Tempo de latência define-se como o tempo de demora na resposta a um pacote de dados enviado.

- 60 -

entram estes pacotes de dados, os mesmos são contabilizados e cobrados pela operadora de

telecomunicações. Em adição, os pacotes de informação relacionados com mobilidade e controlo de

sessões de comunicação, necessários em comunicações GPRS, são também taxados pela operadora.

Pelo exposto anteriormente, não é possível contabilizar o tempo de comunicação entre os

intervenientes, face a toda a informação necessária para a leitura e a manutenção do canal de

comunicação GPRS fluir ao longo das 24 horas repetidamente. O facto de nesta solução interessar a

contabilização de kB transferidos, ao invés da contabilização do tempo de comunicação ocorrido, não

impossibilita uma comparação imediata entre as soluções. Segundo [8], a solução GSM é

caracterizada por uma taxa de transferência de dados de 9,6 kB/s, e na solução GPRS, a velocidade é

de 40 kB/s. Estima-se assim que, para uma mesma quantidade de kB a transferir, a solução GPRS os

transfira quatro vezes mais rápido do que na solução GSM. A aplicação desta solução a um universo

de 6 milhões de consumidores, implicará que o tempo necessário para leitura normal de todos os

clientes seja de 58 dias, um valor aceitável para a colecta de leituras sem erros no mercado eléctrico.

7.2. Custos de Funcionamento

Para as soluções de comunicação apresentadas, existem custos económicos associados a cada

tipo de serviço prestado pela operadora de telecomunicações. No caso do serviço Data Móvel, usado

na solução GSM, o seu custo é de 0,19€ por minuto de ligação. Para a solução GPRS, o uso do

serviço de acesso à Internet é de 0,005€ por kB transferido (upload e download), tendo sido usado no

fim deste estudo outro serviço de custo 0,00008€/kB. Os valores descritos estão de acordo com o

plano de preços da operadora de telecomunicações à data deste estudo.

Encontram-se na Tabela 7.4 os custos para transferência de dados entre o centro de dados e as

unidades remotas, em função da solução implementada. Como visto anteriormente, os valores

presentes reflectem apenas os custos associados às leituras, sem se ter em conta outros dados

necessários ao funcionamento do sistema e que são cobrados pela operadora.

Leitura Simples Leitura Normal Leitura Completa Nº de Contadores GSM(€) GPRS(€) GSM(€) GPRS(€) GSM(€) GPRS(€)

1 0,19 0,3 0,19 0,6 0,19 1,2 2 0,19 0,52 0,19 1,2 0,19 1,62

Tabela 7.4 - Custo de leitura associados ao estudo realizado, para três tipos de leitura usando solução GSM e GPRS

Face aos tarifários disponibilizados pela operadora durante o período inicial do estudo, a solução

GSM revela-se mais vantajosa economicamente. A sucessiva oferta de planos tarifários permite que

surja uma alternativa aos custos imputados na solução GPRS, o que se traduz num melhor custo de

operação associado a esta solução já no fim deste estudo. A Tabela 7.5 apresenta uma estimativa dos

custos de leitura para N contadores, tendo em conta a melhor proposta tarifária GPRS.

- 61 -

Leitura Simples Leitura Normal Leitura Completa Nº de Contadores GSM(€) GPRS(€) GSM(€) GPRS(€) GSM(€) GPRS(€)

1 0,19 0,0048 0,19 0,0096 0,19 0,0192 2 0,19 0,00832 0,19 0,0192 0,19 0,02592 10 0,19 0,03648 0,19 0,07168 0,19 0,10688

100 1,24 0,35 1,62 0,71 1,81 1,06

1000 12,39 3,52 16,23 7,04 18,15 10,56

Tabela 7.5 - Custo de leitura associados a N contadores, para três tipos de leitura usando solução GSM e GPRS

A nível de custo total de operação do sistema, se no caso da solução GSM, ter-se-ia de englobar

também custos associados às configurações dos contadores, para a solução GPRS este custo seria

também englobado, tal como todos os outros dados trocados além das leituras, devidamente

explicados em 7.1.2.

A não inclusão desses custos neste estudo prendem-se com a variabilidade de configurações

feitas durante o período de recolha de leituras (ao invés deste estudo, dispensáveis numa obtenção

standart de dados de consumo), assim como a impossibilidade de contabilizar os pacotes de dados

necessários ao funcionamento do canal GPRS.

A aplicação do sistema de telecontagem estudado num plano nacional de N contadores, baseado

nas duas soluções estudadas, permite obter uma estimativa de custos de operação para ambas as

soluções. Estes custos podem ver verificados na Figura 7.1.

Custos de operação

0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

100000

10 100 1000 10000 100000 1000000

Nº de contadores

€

GSM

GPRS

Figura 7.1 - Custos de operação associados a N contadores, para a solução GSM e GPRS

Do gráfico anterior, conclui-se que a solução GPRS mostra-se como a mais vantajosa a nível dos

custos de operação, quando aplicado a um universo de N consumidores. A opção por uma das

soluções propostas é fortemente influenciada pelos tarifários que cada operador de telecomunicações

possa propor. No entanto, como referenciado anteriormente, o período de comunicações necessário

- 62 -

para a leitura de 6 milhões de clientes em cada uma das soluções é factor determinante na escolha da

solução a implementar, sendo a solução GPRS a mais vantajosa.

- 63 -

8. Propostas baseadas no Sistema de Telecontagem

Face às características e funcionalidades do sistema de telecontagem exposto neste documento,

analisaram-se, dentro das considerações apresentadas em 3.1, propostas a desenvolver sobre este

sistema. No sentido de potenciar as suas aplicações para os participantes no mercado de energia

eléctrica (consumidor e distribuidor), e normalizar características que outro qualquer sistema de

telecontagem deverá integrar num plano de telecontagem a nível nacional, as propostas seguintes

reflectem algumas melhorias ou complementações ao sistema estudado.

8.1. Programa Simulador de Facturação de Energia Eléctrica em BT

Tendo como base os actuais tarifários definidos em 2.1.5, concebeu-se um programa de fácil

utilização para consumidores em BT a fim de indicar qual o melhor comercializador de energia

eléctrica, relativamente ao consumo efectivo de cada consumidor. A possibilidade de exportação

mensal de dados de consumo deste sistema de telecontagem para o programa desenvolvido, permite

ao consumidor ter a noção da sua distribuição de consumo eléctrico pelos diferentes períodos,

indicando-lhe qual o melhor comercializador que deverá optar para reduzir os custos em energia

eléctrica consumida.

O programa simulador de tarifários, TarifárioOptimizer, foi desenhado usando o Microsoft Visual

Studio Express C#, sendo um requisito do programa a instalação previa de .net framework 2.012.

Depois da instalação do ficheiro TarifárioOptimizer, executando Iniciar/Programas/Tarifário/Tarifário,

uma janela de diálogo permite ao utilizador a introdução do seu ficheiro de consumos no formato .txt

(enviado por FTP pelo centro de dados). Após a introdução do ficheiro e escolha da potência

contratada, o programa selecciona os planos tarifários adequados ao tipo de potência contratada,

quantificando o consumo eléctrico pelos diversos períodos horários definidos em [1]. Atendendo aos

preços de venda do kWh e da potência contratada para cada comercializador, conforme em anexo D, o

programa retorna todos os custos de acesso à rede, da potência contratada e do consumo de energia.

A navegação pelo sub-nó de cada comercializador mostra esses resultados, assim como o total de

energia consumida em cada período horário.

A titulo exemplificativo, mostram-se os resultados obtidos para um período de consumo entre 4 de

Maio e 4 de Junho para o estudo realizado.

12 Desenvolvida pela Microsoft, plataforma única para desenvolvimento e execução de sistemas e aplicações. Executada sobre uma CLR(Common Language Runtime),capaz de executar diferentes linguagens(C++, C#, Java, Pascal, entre outras).

- 64 -

Figura 8.1 - Janela de visualização dos resultados obtidos para o consumo efectuado entre 4 de Maio e 4 de Junho usando o programa TarifárioOptimizer

A Tabela 8.1 resume os resultados obtidos pelo programa acima descrito.

Comercializador/Tarifário Potência Contratada

(€)

Energia Cons.

Simples (€)

Energia Cons. Fora Vazio (€)

Energia Cons. Vazio

(€)

Custo Total (€)

EDP Comercial Normal Simples (até 13,8 kVA)

11,02 24,38 (100%)

Não aplicável Não aplicável 35,84

EDP Comercial Normal Semanal (até 13,8 kVA)

10,96 Não aplicável 17,47

(59,95%) 6,57

(49,05%) 34,99

EDP Comercial Normal Diária (até 13,8 kVA)


(62,16%) 6,2

(37,84%) 35,27

EDP Comercial Verde Simples (até 13,8 kVA)

11,02 26,69 (100%)


EDP Comercial Verde Semanal (até 13,8 kVA)


(59,95%) 7,05

(49,05%) 36,80

EDP Comercial Verde Diária (até 13,8 kVA)


(62,16%) 6,67

(37,84%) 37,10

Union Fenosa Simples (até 20,7 kVA)

5,96 27,17 (100%)


Union Fenosa Semanal (até 20,7 kVA)


(59,95%) 6,86

(49,05)% 31,99

Union Fenosa Diária (até 20,7 kVA)


(62,16%) 6,49

(37,84%) 32,31

Comercializador Último Recurso Normal Simples (de 3,45 a 20,7 kVA)

12,39 24,38 (100%)


Comercializador Último Recurso Normal Semanal (de 3,45 a 20,7 kVA)


(59,95%) 5,3

(49,05%) 35,33

Comercializador Último Recurso Normal Diária (de 3,45 a 20,7 kVA)


(62,16%) 5

(37,84%) 35,58

Tabela 8.1 - Resumo dos resultados obtidos através do programa TarifárioOptimizer

- 65 -

O uso deste programa permite concluir que o actual comercializador de energia eléctrica

(comercializador de recurso) não é a melhor proposta para o consumidor em estudo, sendo que a

migração para o comercializador destacado a verde representa a melhor opção tarifária. Pela tabela

anterior, conclui-se que opção a verde traduz o menor custo total devido ao baixo custo da potência

contratada neste comercializador. No caso de um maior consumo eléctrico total, esta parcela fixa não

seria suficiente para mantê-lo como a opção ideal, uma vez que os preços de venda inferiores do kWh

dos outros comercializadores sobreporiam-se no resultado final obtido pelo programa.

8.2. Novos Tarifários

No sentido de identificar as possibilidades oferecidas por estes equipamentos na formulação de

novos tarifários, efectuou-se uma análise aos tarifários existentes no mercado eléctrico, às

características do sistema estudado e, tendo em conta os temas abordados no Capítulo 3, resultaram

três novos tarifários. O acesso a estudos e dados em BT possibilitaria uma formulação mais adequada

dos mesmos, no entanto tal não foi possível. Os tarifários propostos apresentam algumas

semelhanças face aos aplicáveis para níveis de tensão superiores ao de BT, incorrendo em novidades

apenas possíveis pela aplicação de tarifas diferenciadas, recolha de dados de consumo por períodos

de subscrição diversos e envio em tempo real dos preços da energia vendida pelo comercializador:

• Tarifário Bi-Horário, de uso nocturno, com complemento reactivo: A questão de em BT o

consumidor não pagar a energia reactiva consumida passa por questões económicas

relacionadas com a instalação adicional de contadores de energia reactiva em todo o

mercado de BT. Com este sistema de telecontagem, essa medição já é possível. Definem-

-se 2 potências neste tarifário: a potência contratada, que corresponde à potência

disponível em períodos de cheia (período rico em consumo eléctrico por todos os

consumidores comerciais e industriais, com menos consumo por parte de clientes

residenciais) e potência instalada, até ao escalão imediatamente acima da potência

contratada (e tecnicamente admissível pela instalação) para os períodos em que

consumidores residenciais efectuam os maiores consumos domésticos, coincidindo com

as horas de vazio/nocturnas. O consumidor só paga pela potência contratada, tendo a

obrigação de o seu consumo ser mais de metade no período de vazio. Forte indicio para

mudança de hábitos de consumo pelo incentivo ao uso dos equipamentos de maior

potência neste período. Mantendo o seu factor de potência acima do legislado, não

incorrerá no pagamento de energia reactiva.

• Tarifário Pré-Pagamento: Ideal para um total controlo de custos. O preço do kWh seria

fixo, independentemente do período de consumo. Destinado a locais de consumo onde o

cliente tende a mudar frequentemente ou de uso sazonal. Em situações excepcionais (ex:

casas de férias, casas alugadas por pequenos períodos de tempo ou uso escasso),

vincula-se um preço inferior para aplicação a um conjunto de horas entendidas pelo

- 66 -

consumidor como de possível uso, não podendo essa quantidade de horas exceder um

valor em que o preço standard seja o dominante.

• Tarifário Interruptível: Destinado a clientes de potência contratada acima dos 20.7 kVA,

caracterizados por uma franca elasticidade na desagregação de determinadas cargas da

sua instalação pelos diversos períodos horários. Deixa ao critério do comercializador o

corte das mesmas num número de vezes estabelecido em contrato. Em seu benefício,

recebe uma quantidade de energia na sua factura final, em valor igual ao que se

interrompeu, para consumo em períodos de vazio. A regulamentação do número de vezes

de interrupção de cargas, os dias de desagregação das mesmas, período horário e tempo

de interrupção provêem do resultado de optimização na decisão de controlo remoto de

cargas, tema que está para além deste estudo.

• Tarifário Real Time Price: Face à possibilidade de envio do preço por kWh em vigor para o

contador do cliente, o mesmo tem a noção da variação de preços pelo comercializador,

ajustando o seu consumo ao período horário com melhor preço no momento. Esses

valores, em períodos de vazio, serão sempre inferiores aos valores fixos de outros

tarifários. Este tarifário traduz a variação do preço de custo na geração, podendo os seus

valores variar em função dos custos marginais de venda de energia eléctrica no mercado.

8.3. Sistema de Compensação de Reactiva

Face ao exposto em 3.1.2, e à capacidade do sistema de telecontagem em efectuar leituras de

diversos parâmetros, do qual o consumidor foi alvo neste estudo, equacionou-se a possibilidade de

controlo de banco de condensadores de compensação de reactiva para instalação em consumidores.

Face aos dados recolhidos do consumidor em estudo, procedeu-se à análise do factor de potência

da instalação no período descrito na Tabela 8.2.

O dimensionamento ideal da bateria de condensadores passaria pela análise momento a momento

dos valores de potência activa e do correspondente valor do factor de potência. Uma vez que se

pretende obter um valor majorado da bateria de condensadores a instalar, vai-se considerar o valor

máximo da potência activa e o valor do factor de potência correspondente.

A equação seguinte traduz o valor de potência reactiva para a potência activa máxima ocorrida:

max)tan( PQ PmáxPPmáxP ×= == φ

Para esse valor máximo de potência activa, devendo corresponder o factor de potência legislado,

o valor de potência reactiva esperada vem dado por:

max)tan( PQ legisladoesperado ×= φ

- 67 -

A quantificação de potência reactiva de compensação é dada pela diferença entre o valor de

PmáxPQ = e esperadoQ

esperadoPmáxPocompensaçã QQQ −= =

O dimensionamento da capacidade dos condensadores ( totalC ) é obtida por :

23 UCQ totalocompensaçã ×××= ω

em que U é a tensão eficaz da rede

O valor do condensador a aplicar em cada fase da instalação é dada por:

totalfase CC3

1=

No caso em estudo, o valor máximo da potência activa foi de 6900W. Pelo facto de o contador não

poder registar o factor de potência nesse instante, optou-se por utilizar o valor de factor de potência

médio diário. Na Tabela 8.3 apresenta-se os resultados do dimensionamento para a instalação em

estudo. O esquema de montagem proposto encontra-se na Figura 8.2. Os dispositivos LCU, descritos

no anexo C, são operados pelo contador via PLC.

A modificação dos parâmetros possíveis de registo pelo contador, neste caso do valor de factor de

potência associado ao pico de potência activa, permitiria um dimensionamento mais preciso face ao

método exposto anteriormente.

- 68 -

Identificação do contador

Dia de recolha de dados

Total active (Wh)

E. Activa Consumida

(Wh)

Total React.C (varh)

React.C consum. (varh)

Total React.L (varh)

React.L consum. (varh)

E.Reactiva consum. (varh)

Pot.Activa MÁXIMA(W)

φ

diário

)cos(φ

diário

1160190 27-05-2007 0:00 619110 88900 279390 2340 0,39 0,93

5340 890 3070 2180

1160190 28-05-2007 0:00 624450 0 89790 0 282460 0 0 2460 0,29 0,96

7180 910 3020 2110

1160190 29-05-2007 0:00 631630 0 90700 0 285480 0 0 2460 0,27 0,96

6890 960 2850 1890

1160190 30-05-2007 0:00 638520 0 91660 0 288330 0 0 5160 0,32 0,95

7490 860 3360 2500

1160190 31-05-2007 0:00 646010 0 92520 0 291690 0 0 2640 0,45 0,90

7110 850 4310 3460

1160190 01-06-2007 0:00 653120 0 93370 0 296000 0 0 2520 0,33 0,94

5490 930 2840 1910

1160190 02-06-2007 0:00 658610 0 94300 0 298840 0 0 2520 0,47 0,89

8810 820 5350 4530

1160190 03-06-2007 0:00 667420 0 95120 0 304190 0 0 2760 0,43 0,91

7270 800 4120 3320

1160190 04-06-2007 0:00 674690 0 95920 0 308310 0 0 5880 0,42 0,91

12920 690 6510 5820

1160190 05-06-2007 0:00 687610 0 96610 0 314820 0 0 6900 0,52 0,87

11500 580 7210 6630

1160190 06-06-2007 0:00 699110 0 97190 0 322030 0 0 2700 0,45 0,90

7840 660 4400 3740

1160190 07-06-2007 0:00 706950 0 97850 0 326430 0 0 2580 0,34 0,94

4230 680 2200 1520

1160190 08-06-2007 0:00 711180 0 98530 0 328630 0 0 1140 0,38 0,93

4310 570 2280 1710

1160190 09-06-2007 0:00 715490 0 99100 0 330910 0 0 900 0,50 0,88

5100 530 3300 2770

1160190 10-06-2007 0:00 720590 0 99630 0 334210 0 0 960 0,35 0,94

3990 580 2020 1440

1160190 11-06-2007 0:00 724580 0 100210 0 336230 0 0 1260 0,38 0,93

5900 670 3030 2360

1160190 12-06-2007 0:00 730480 0 100880 0 339260 0 0 4020 0,34 0,94

6180 680 2850 2170

1160190 13-06-2007 0:00 736660 0 101560 0 342110 0 0 3300 0,23 0,97

4770 720 1840 1120

1160190 14-06-2007 0:00 741430 0 102280 0 343950 0 0 6240 0,33 0,95

- 69 -

3330 710 1840 1130

1160190 15-06-2007 0:00 744760 0 102990 0 345790 0 0 600 0,37 0,93

5370 730 2840 2110

1160190 16-06-2007 0:00 750130 0 103720 0 348630 0 0 2820 0,25 0,97

4410 750 1890 1140

1160190 17-06-2007 0:00 754540 0 104470 0 350520 0 0 1260 0,27 0,96

6380 770 2530 1760

1160190 18-06-2007 0:00 760920 0 105240 0 353050 0 0 5580 0,28 0,96

6680 790 2690 1900

1160190 19-06-2007 0:00 767600 0 106030 0 355740 0 0 5580 0,28 0,96

5770 860 2530 1670

1160190 20-06-2007 0:00 773370 0 106890 0 358270 0 0 5100 0,34 0,94

8420 750 3700 2950

1160190 21-06-2007 0:00 781790 0 107640 0 361970 0 0 2640 0,33 0,95

6640 780 3030 2250

1160190 22-06-2007 0:00 788430 0 108420 0 365000 0 0 2760 0,24 0,97

4280 910 1960 1050

1160190 23-06-2007 0:00 792710 0 109330 0 366960 0 0 960 0,23 0,97

4190 800 1800 1000

1160190 24-06-2007 0:00 796900 0 110130 0 368760 0 0 2220 0,32 0,95

4760 680 2250 1570

1160190 25-06-2007 0:00 801660 0 110810 0 371010 0 0 2340 0,29 0,96

7530 780 3030 2250

1160190 26-06-2007 0:00 809190 0 111590 0 374040 0 0 2340 0,27 0,96

5810 840 2450 1610

1160190 27-06-2007 0:00 815000 112430 376490 2760

Tabela 8.2 - Dados dos vários parâmetros recolhidos do consumidor em estudo de 27 de Maio a 27 de Junho

- 70 -

Q|P= Pmax (kvar) Qesperado (kvar)

36,1 21,9

Qcompensação (kvar) Cfase ( )Fµ

14,2 28

Tabela 8.3 - Resultados do dimensionamento de bateria de condensadores para o consumidor em estudo

Figura 8.2 - Esquema de montagem de bateria de condensadores para o consumidor em estudo

8.4. Controlo e Interrupção de Cargas

A implementação de um tarifário interruptível, descrito em 8.2, e o tema exposto em 3.1.3,

levantam a questão de como controlar, face às tecnologias imergentes, as cargas a interromper na

rede.

O sistema de telecontagem estudado permite remotamente, o corte de fornecimento de energia

eléctrica de um consumidor. A adopção dum tarifário interruptível passa por, em determinados

períodos diários, desligar certas cargas da instalação do consumidor como acordado em contrato com

o comercializador. É indesejável que o centro de comando desligue na totalidade o consumidor, mas

sim apenas determinadas cargas. Este pressuposto é tido em conta no esquema de montagem

presente na Figura 8.3.

- 71 -

Figura 8.3 - Esquema de montagem para controlo de cargas, usando dispositivo LCU comandado pelo contador via PLC

Os relés a usar para controlo de cargas na instalação estão integrados no LCU, cujas

características se encontram no anexo C. A estratégia de montagem destas unidades prende-se com

as cargas que se pretende controlar (ex: AVAC, aquecimento eléctrico, máquinas de maior potência na

instalação, etc.), ficando todas as outras cargas alimentadas pela rede. Por parte do centro de

comando, o controlo do LCU pode ser manual ou automático, usando para isso uma agenda de

controlo como mostrado em 5.4.10.

O uso desta componente de controlo de cargas na instalação representa vantagens económicas

para ambas as partes, em adopção do tarifário interruptível. Os ganhos para o consumidor seriam

ainda maiores caso a inclusão destas unidades LCU, em pontos estratégicos da sua instalação e que

traduzem as cargas com flexibilidade de serem usadas em períodos de diferentes custos do kWh,

fosse comandável pelo próprio. A criação de outra janela como definida em 5.4.10, mas apenas

comandável pelo consumidor, representaria um forte impulso na migração para este tarifário.

8.5. Módulo Interactivo de Informação

No sentido de potenciar interactividade entre o consumidor e o contador, dever-se-á complementar

as informações disponíveis com outros dados de consumos relevantes. Da adição de novos

parâmetros salientam-se os seguintes dados:

• Valores associados ao instante de consumo, como o preço do kWh na respectiva tarifa, o

valor médio, em kWh, do consumo efectuado, etc. Permitiria a percepção dos consumos

actuais por parte do consumidor.

• Valores de histórico de consumo (diário, semanal, mensal, em horas de ponta...).

Estabelecendo-se comparações entre consumos efectuados, retirar-se-ia a ideia se se

está a consumir mais e em que períodos.

- 72 -

• Valores de referência face a consumo típicos nacionais/referenciais. A comparação directa

do consumo total na instalação face a outros consumos standart permite a

consciencialização no sentido de reduzir os seus consumos.

• Valor de CO 2 emitido face ao consumo instantâneo/efectuado. Dá ao consumidor a

informação da quantidade de CO 2 emitido face ao seu consumo actual ou num período

de consumo. Os dados de CO 2 emitido pelo parque produtor por kWh consumido são

actualizados segundo [9].

Estes parâmetros deveriam ser complementares aos mostrados no display do contador, e/ou

enviados via PLC para um módulo remoto (conforme configurável em 5.4.4).

Figura 8.4 - Módulo remoto de visualização de dados de consumo

8.6. Outros

A entrada de qualquer sistema de telecontagem no mercado de energia deverá ter em conta

características de informação e protocolos de comunicação comuns entre si. Esta questão prende-se

com o facto de qualquer outro modelo de telecontador a adicionar à rede ter de ser compatível com o

sistema de gestão já existente. Os telecontadores desenhados para funcionar num sistema de

protocolos dedicados e fechados a outros modelos de telecontagem, representam um entrave à sua

integração, pois em caso de avaria deste tipo de contador, o mesmo só poderá ser trocado por um

com os mesmos protocolos de comunicação e estrutura de acesso.

Por esta razão, o sistema de telecontagem estudado neste documento deverá sofrer adaptações

na sua tecnologia, no sentido de ser compatível com os protocolos usados por outros sistemas de

telecontagem presentes no mercado. A formulação dessa adaptação não é possível, por não existir até

ao momento um guia de telecontagem em BT.

Relativamente às características de medição, deverão existir alterações no sentido de

compatibilizar este sistema de telecontagem com os temas expostos em 3.1 e 8.3:

- 73 -

• Período de integração de acordo com o legislado: De acordo com [1], os períodos de

integração de energia consumida são a cada 15 minutos, sendo este o valor a programar

de fábrica para uso no mercado nacional.

• Medição de potência activa nos quatro quadrantes: A medição possível apenas em dois

quadrantes (I e IV) revela-se insuficiente para um mercado eléctrico onde novos

microprodutores tendem a surgir. Esta alteração tende a aumentar a competitividade do

sistema estudado.

Figura 8.5 - Leitura nos 4 quadrantes

• Medição de factor de potência agregado ao valor de pico de potência activa: Dado

importante para o correcto dimensionamento de compensadores de reactiva, trazendo os

benefícios inerentes ao fornecedor e ao consumidor pagador de energia reactiva.

- 74 -

- 75 -

9. Conclusões

Este trabalho foi realizado com o objectivo de estudar um sistema de telecontagem para BT que

permite a aquisição remota de dados de contadores, sem a necessidade de qualquer intervenção

humana.

Após a instalação do sistema de telecontagem, notou-se que o período de integração do mesmo

não estava de acordo com o valor legislado, não tendo sido possível a sua alteração por razões de

segurança. Numa comparação com outros sistemas de telecontagem em BT, verificou-se ainda que os

protocolos de comunicação usados são semelhantes entre si, ao contrário do sistema estudado, que

utiliza protocolos específicos e fechados. O sistema estudado não permite a leitura nos quatro

quadrantes, resultando num entrave à sua penetração num mercado onde existam “microprodutores”.

No entanto, nenhum outro sistema actual de telecontagem em BT, que reúna características

económicas necessárias à sua instalação em massa, o permite. Estas questões não constituíram um

entrave à progressão do trabalho, já que as capacidades inerentes ao sistema e características dos

equipamentos permitiram um total comando e operação informada no fornecimento de energia

eléctrica. Comprovou-se que o sistema estudado representa uma ferramenta fundamental na detecção

automática de perdas eléctricas e casos fraudulentos, assim como permite a gestão da rede de

distribuição em tempo real, tendo à sua disponibilidade meios de acção remotos para actuar perante

situações que representem perdas de lucro na venda de energia.

O facto de qualquer equipamento de medição remota de energia eléctrica representar um custo

adicional face a equipamentos usualmente instalados, de baixo custo e baixo nível tecnológico, é

contraposto com a possibilidade de dar ao consumidor a capacidade de monitorizar e alterar o seu

perfil de consumo. Este facto mostra-se num ganho económico para o consumidor, seja pela migração

de tarifários de venda de energia eléctrica, seja pela mudança de atitude no consumo. Salienta-se

também que consumos baseados em estimativas, que muitas vezes não reflectem o consumo real,

deixam de ser uma preocupação para o consumidor, e evitam o incómodo em resolver as situações de

estimativas gravosas. Por parte do fornecedor, a possibilidade de uma rede controlada remotamente,

associada a baixos custos de operação destes sistemas, estabelece novas metas económicas no

mercado de energia eléctrica.

Os estudos de consumo efectuados através do sistema de telecontagem disponível comprovam

que as adicionalidades que dão ao consumidor, ao permitir caracterizar o seu consumo, traduzem-se

em benefícios diversos, como a percepção do tipo de equipamentos com consumo parasita que se

pode desligar, assim como verificar que o uso de equipamentos de maior potência em períodos de

maior custo do kWh não é o ideal. A aplicação deste sistema para monitorizar o funcionamento de

outros equipamentos, como PC´s fixos(em que o monitor fica em standby ou mesmo ligado), sistemas

de ar condicionado (em que a opção pelo modo manual implica o seu funcionamento continuo) ou uso

de lâmpadas incandescentes (em detrimento do uso de lâmpadas economizadoras), apoiariam os

resultados que se obtiveram neste documento. No entanto, não foram realizadas neste estudo.

Com a finalidade de estimar o custo de operação deste sistema a nível nacional, fizeram-se

diversos tipos de leitura de dados dos contadores, para diversos períodos de subscrição. Da análise

- 76 -

efectuada, a solução GPRS mostrou ser a mais económica, face ao seu menor custo por kB

transferido. Mesmo no caso da adopção de tarifários GSM mais competitivos, a preferência manter-se-

ia na tecnologia GPRS, dado a sua maior velocidade de transferência de dados.

No sentido de promover funcionalidades a adoptar em qualquer sistema de telecontagem,

chegaram-se a diversas propostas destinadas aos participantes do mercado eléctrico. A formulação de

novos tarifários é possível pela capacidade que estes sistemas têm no envio e recepção de dados,

como por exemplo, do real time price do kWh. No entanto, apenas uma análise complexa de certos

factores de mercado permitiriam estimar valores de venda de energia eléctrica (activa e reactiva)

associados a esses tarifários, não sendo esse o objectivo deste trabalho. No sentido de tornar este tipo

de sistemas mais interactivos com o consumidor, criou-se um programa simulador de facturação de

energia eléctrica em BT ,TarifárioOptimizer, com a capacidade de receber um ficheiro de consumos

mensais do cliente. Os ficheiros de consumo obtidos neste estudo foram carregados no simulador, o

que permitiu ao consumidor estudado aperceber-se de que o seu actual comercializador de energia

eléctrica era o menos ajustado às suas características/perfil de consumo. Este programa retornou o

comercializador mais adequado aos seus consumos e características, servindo de apoio à migração de

comercializador. O controlo das unidades LCU, pertencentes a este sistema, permitiram propor

soluções de compensação de reactiva em BT, assim como um mecanismo de corte de cargas

controlado para o fornecedor e consumidor. Na ajuda a um consumo mais eficiente, sugere-se que

estes sistemas possam disponibilizar uma maior quantidade de informações relativas à instalação do

consumidor, seja no display do próprio contador, seja em módulos interactivos de ligação remota.

No seu conjunto, o sistema estudado foi validado e, após a adopção das propostas apresentadas

relativas à legislação no sector, está apto para entrada em funcionamento no mercado nacional.

- 77 -

Referências

[1] Tarifário de venda de energia eléctrica a clientes finais 2007

[2] http://www.beama.org.uk/hottopics/Smart+Metering/implementation.asp

[3] Smart Metering Working Group (2001). Report, London: Department of Trade and Industry,

http://www.dti.gov.uk/energy/environment/energy_efficiency/smartmeter.pdf

[4] http://www.erse.pt/vpt/entrada/factosenumeros/sectorelectrico/portugalcontinental/consumo/

consumodeelectricidadeporniveldetensao/consumodeelectricidadeporniveldetensao.htm

[5] http://www.erse.pt/vpt/entrada/utilizacaoracionaldeenergia/NovametasnoambitodoPNAC/

[6] DIRECTIVE 2006/32/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 5

April 2006 on energy end-use efficiency and energy services and repealing Council Directive

93/76/EEC, article 13

[7] Eficiência energética em equipamentos e sistemas eléctricos no sector residencial

[8] http://www.gsmworld.com

[9] http://www.erse.pt/vpt/entrada/factosenumeros/ambiente/emissoesatmosfericas

daproducao/

- 78 -

Bibliografia

• Paiva, J. P., Redes de Energia Eléctrica, IST Press, Lisboa, Portugal, 2005

• http://pt.wikipedia.org/

• Automated System for Measuring Electrical Three-Phase Power Components, IEEE

Transactions for Education, November 2001

• Exotic options bundled with interruptible electricity contracts, IEEE Transactions for

Education, December 2005

• http://www.sce.com/RebatesandSavings/LargeBusiness/InterruptiblePrograms

• Get Smart: Bringing meters into the 21st Century, energywatch, August 2005

• Estratégia nacional para a Energia, Portal do Governo, Outubro 2005

• www.ren.pt

• www.omel.com/aplicationes/resultados_mercado

• Um modelo multiobjectivo de apoio à decisão no controlo remoto de cargas em redes

eléctricas de distribuição, Dep.Engª Electrotécnica,INESC-Coimbra

• Fell, J. A., Efeitos do Horário de Verão Vs Efeitos da Correcção do Factor de Potência,

ABINEE

• Manual de Correcção de Factor de Potência, http://cydesa_manual.pdf

• http://www.addgrup.com

• www.erse.pt

• ww.edp.pt

- 79 -

ANEXOS

A. Características Técnicas dos Contadores

A.1. Contador Trifásico

Tabela A.1 - Características técnicas do contador trifásico

- 80 -

A.2. Contador Monofásico

Tabela A.2 - Características técnicas do contador monofásico

A.3. Informações Visualizadas no Display

Figura A.1 - Informações visualizadas no display dos contadores

- 81 -

A.4. Mapa de Eventos/Alarmes

METER STATES DESCRIPTION

Meter states (events) Off Customer was switched off forcedly by the command from Center Off. (power) Customer was switched off due to exceeding of power limit,

specified in Configuration Off. (balance) Meter was switched-off due to inadmissible balance Work in tariff P Work in penalty tariff P Work in tariff P (balance) Work in tariff P due to inadmissible balance Work in tariff P (power) Work in tariff P due to exceeding of power limit Work in tariff P (Cos F), Work in tariff P due to inadmissible COS F Display warnings Warning (at display) from Center Warning (balance) Warning at display due to inadmissible balance Warning (power) Warning at display due to exceeding of power limit specified in

Configuration Warning (COS F) Warning at display due to exceeding of COS F specified in

Configuration Off (COS F) Customer is switched off due to exceeding of COS F specified in

Configuration Button is pushed Button on meter top was pushed Consumption exceeding Customer exceeded the specified consumption for certain period

Meter states (alarms) Device error Meter is to be repaired by manufacturer company Incorrect install Meter connection doesn’t correspond to scheme, probably phase

sequence is wrong Differential current Diff. Current is detected (current difference between phase and

neutral wires exceeds limit programmed in meter hardwarily) Bad voltage Possible reasons:

1.voltage is out of limits, specified in Configuration 2. no voltage one of the phases 3. skew voltage (difference between phase voltages exceeds Configuration limit)

No supply No supply Time error Meter time differs from system time Time is non synchronized Occurs if meter is switched-off Net master is changed Meter communicates with another router No router connection Router is switched-off or there is bad network communication Temperature is out of bound (-20 …+70 C),

Temperature is out of working range

Exceeding of current Current exceeds Configuration limit Exceeding of temperature Temperature is more then Configuration limit Presence of calibration bridge Meter is in working state but should be checked by an engineer of

manufacturer company Alarm switching-off If at least one of the following limits (specified in Configuration) is

exceeded: 1. Voltage, skew voltage, 2. Temperature, 3. Current, 4. Diff. current (limit is specified by hardware

Tabela A.3 - Mapa de eventos e alarmes dos contadores

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B. Termos Usados na Definição de Tarifas

Tariff coefficient or tariff – determines conditional (in impulses) cost for 1 kWh of consumed energy. There are 3 time tariffs – L, M, H and one penalty tariff P, activating at applying of penalty sanctions. Tariff zone – time interval of 24-hours period within which a certain tariff is in force. For example tariff L is in force from 01-00 to 06-00. Tariff scale – distribution of tariff zones within 24-hours period. Tariff scale is set separately for workdays, holidays and special days. Correspondingly, there are 3 types of tariff scales – work, holiday, special. Special days are days with tariff scale, which is not coincide neither with workday, nor with holiday. For example, Friday is considered in some countries as a short day. Example of tariff scale:

Tariff season – distribution of tariff scales during a season. A year is arbitrary divided in 4 seasons. Seasons can coincide with the traditional seasons – winter, spring, summer, autumn. Example:

Week structure - assignment of day type to each day of week. For example:

Nonstandard days – days with tariff scale, not corresponding to the day type, for example: holiday with tariff scale of workday. Table of nonstandard days is formed by setting of date and of tariff scale type, corresponding to this date.

Tariff plan – combines season distribution within a year, week structure, table of nonstandard days. Besides that, at determination of tariff plan the date of its starting is obligatory indicated. Thus, the tariff plan completely determines the year tariff police.

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C. Unidade de Controlo de Cargas LCU

Figura C.1 - Unidade LCU com relés internos comandados via PLC

Tabela C.1 - Características técnicas da unidade de controlo de cargas LCU

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D. Tarifas praticadas pelos Comercializadores

D.1. EDP Comercial

Nota: Preços apresentados incluem parcela relativa ao acesso às redes, comum a todos os comercializadores. Os horários de vazio, cheias, ponta e fora de vazio coincidem com os horários de venda a clientes finais.

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D.2. Union Fenosa


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D.3. Comercializador de Último Recurso


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