Aplicação de Tecnologias de Rede Inteligente na Gestão de Perdas em Linhas de Zonas de Transformadores de Baixa Tensão

Como um componente essencial da rede de distribuição, as áreas de distribuição de baixa tensão (a seguir referidas como "zonas de transformadores de baixa tensão") afetam diretamente os benefícios econômicos das empresas de fornecimento de energia e a qualidade do consumo de eletricidade para os usuários finais através de seus problemas de perdas em linha. No entanto, as abordagens de gestão tradicionais apresentam deficiências óbvias em termos de precisão e eficiência. Neste contexto, a aplicação de tecnologias de redes inteligentes oferece novas soluções para a gestão de perdas em linha. Ao introduzir meios técnicos avançados, não apenas o nível de refinamento da gestão de perdas em linha pode ser efetivamente melhorado, mas também podem ser apoiadas metas de conservação de energia e redução de emissões, o que é de grande importância para promover o desenvolvimento de alta qualidade no setor elétrico.

1.Problemas de Perdas em Linha nas Zonas de Transformadores de Baixa Tensão
Os problemas de perdas em linha nas zonas de transformadores de baixa tensão são principalmente categorizados em perdas técnicas e perdas de gestão. As perdas técnicas decorrem de perdas inerentes ao equipamento e restrições operacionais, por exemplo, perdas de ferro e cobre nos transformadores e perdas de energia causadas pela resistência da linha. Tomando uma linha de distribuição de baixa tensão típica como exemplo, quando a seção transversal do condutor é de 50 mm² e a corrente de carga atinge 200 A, a perda de potência por quilômetro da linha é de aproximadamente 4 kW.

Quando a seção transversal do condutor é aumentada para 70 mm² sob as mesmas condições, a perda pode ser reduzida em cerca de 30%. As perdas de gestão, por outro lado, são frequentemente causadas por erros de medição, furto de energia ou operação e manutenção inadequadas. Por exemplo, a precisão de medição dos medidores de energia mecânicos tradicionais em condições de carga leve é apenas de cerca de 85%, muito inferior à dos medidores inteligentes, que excede 99%. Além disso, o desequilíbrio trifásico pode aumentar significativamente as perdas em linha; se o desequilíbrio de corrente trifásica em uma zona de transformador exceder 15%, a taxa de perda em linha aumentará de 2% a 5%. A existência desses problemas indica que a inspeção manual sozinha já não pode mais atender às demandas de gestão refinada, sendo urgentemente necessários métodos inteligentes para aumentar a eficiência da governança.

2.Tecnologias de Redes Inteligentes Aplicadas na Gestão de Perdas em Linha nas Zonas de Transformadores de Baixa Tensão

2.1 Tecnologia HPLC (Comunicação de Linha de Energia de Alta Velocidade)
O princípio fundamental da tecnologia HPLC é usar as linhas de distribuição de baixa tensão existentes como meio de comunicação, acoplando sinais modulados de alta frequência aos cabos de energia através de circuitos de acoplamento para alcançar a transmissão de dados de alta velocidade. Esta tecnologia é principalmente aplicada em cenários como monitoramento em tempo real das condições de operação da linha nas zonas de transformadores, coleta de dados de energia elétrica e interação de informações de energia elétrica do usuário.

Durante a implementação, o primeiro passo é realizar uma pesquisa de campo do ambiente de linha da zona de transformador para avaliar as características do canal e os níveis de interferência, determinando assim a frequência de portadora ótima (geralmente entre 1,7-30 MHz) e o método de acoplamento. Em seguida, são instalados acopladores dedicados e módulos de comunicação HPLC no lado de baixa tensão do transformador de distribuição, caixas de ramificação e medidores de energia elétrica do usuário para estabelecer uma rede de comunicação em toda a zona de transformador. Ao mesmo tempo, é implantado um sistema de estação mestra para integrar-se sem emendas com sistemas de aplicação de nível superior através de conversão de protocolos.

Na fase de operação e manutenção, devem ser realizadas inspeções e calibrações regulares do equipamento, a qualidade do sinal de comunicação deve ser monitorada e quaisquer anomalias devem ser tratadas prontamente. Por exemplo, se a atenuação do sinal de portadora exceder 30 dB ou a taxa de erro de bit subir acima de 1×10⁻⁴, devem ser investigadas falhas de linha ou fontes de interferência eletromagnética. Se necessário, o poder de transmissão (geralmente variando de -10 dBm a 30 dBm) deve ser ajustado ou os acopladores substituídos para garantir o funcionamento estável do sistema. 

Para aumentar a estabilidade da comunicação, os sistemas HPLC geralmente adotam esquemas de modulação adaptativa, selecionando dinamicamente modos de modulação com base na qualidade do canal. Diferentes esquemas de modulação variam em taxa de dados, imunidade ao ruído e alcance, exigindo configuração otimizada de acordo com as flutuações de carga e condições de ruído na zona de transformador. Por exemplo, a modulação de ordem superior pode ser ativada durante a noite, quando as cargas são menores e os níveis de ruído são mais baixos, para melhorar a taxa de transferência de dados, enquanto a troca para um modo robusto durante as horas de pico do dia garante a confiabilidade da comunicação. A Tabela 1 lista três métodos de modulação comumente usados nos sistemas HPLC junto com suas características técnicas, fornecendo referência para a configuração de parâmetros de campo.

Tabela 1 Comparação de Características Técnicas de Métodos de Modulação Comuns para HPLC

2.2 Dispositivo de Comutação Inteligente
O princípio do dispositivo de comutação inteligente é medir as correntes e tensões trifásicas, calcular o desequilíbrio de carga em tempo real, e quando o desequilíbrio excede um limite pré-definido (geralmente 10%–20%), controlar a comutação das cargas para reequilibrar as cargas trifásicas. Este dispositivo é principalmente aplicado no final das zonas de transformadores, especialmente em áreas com cargas monofásicas pesadas.

Durante a implementação:
Primeiro, deve-se selecionar um local de instalação apropriado—como caixas de ramais ou no lado de baixa tensão dos transformadores distribuidores—para garantir facilidade de construção e manutenção.
Segundo, deve-se realizar uma pesquisa de campo para compreender a distribuição da carga e configurar de forma razoável a capacidade do interruptor (ver Tabela 2). Durante a fase de instalação e comissionamento, devem ser realizados testes de simulação de carga para otimizar a estratégia de controle e as configurações de proteção; por exemplo, a configuração de proteção contra sobrecorrente geralmente é definida em 1,2 vezes a corrente nominal.
Terceiro, o sistema de monitoramento de operação da zona de transformador deve ser melhorado para permitir a troca de informações e o controle remoto com o dispositivo de comutação.
Quarto, durante a fase de operação e manutenção, devem ser realizados regularmente testes preventivos no interruptor para identificar e resolver prontamente possíveis falhas, como desgaste mecânico ou contato ruim, garantindo operação segura e confiável. Além disso, deve-se realizar periodicamente análises das tendências de variação da carga na zona do transformador para ajustar a lógica de controle e as configurações de parâmetros do interruptor conforme necessário.

Tabela 2 Referência de Configuração de Capacidade para Equipamentos de Comutação Inteligentes

2.3 Regulador Automático de Tensão para Linhas de Baixa Tensão
O princípio básico do regulador automático de tensão para linhas de baixa tensão é medir a tensão e a corrente da linha em tempo real, calcular parâmetros como impedância da linha e fator de potência, e ajustar automaticamente a posição do seletor de derivações do transformador com base na variação, de modo a manter a tensão de saída dentro de um intervalo aceitável. Este dispositivo é principalmente aplicado em redes de distribuição de baixa tensão, especialmente em áreas no final das linhas onde a tensão tende a ficar excessivamente alta ou baixa.

Primeiro, deve-se selecionar uma localização de instalação adequada—como o lado de baixa tensão de um transformador de distribuição ou uma unidade de anel principal—and realizar uma pesquisa no local para entender o raio de fornecimento e a distribuição de usuários ao longo da linha.
Segundo, a capacidade do regulador (ver Tabela 3) e a estratégia de controle devem ser determinadas. Durante a fase de instalação e comissionamento, devem ser realizados testes sem carga e com carga para verificar a precisão da regulação de tensão (geralmente exigida dentro de ±1,5%) e o tempo de resposta (geralmente não superior a 30 segundos), bem como validar funções de proteção, como sobretensão e subtensão.
Terceiro, após o comissionamento, deve ser estabelecido um sistema abrangente de gerenciamento operacional, definindo claramente os requisitos para inspeção, operação e manutenção, a fim de garantir a operação segura e estável do regulador. Por exemplo, se uma tensão monofásica desviar continuamente além de ±7% do valor nominal por 5 minutos, ou se o desequilíbrio de tensão trifásica exceder 2%, a causa deve ser identificada prontamente e medidas corretivas tomadas. Análises de dados operacionais mostram que reguladores automáticos de tensão configurados adequadamente podem melhorar as taxas de conformidade de tensão da linha de 5% a 15%, reduzindo significativamente as perdas de linha causadas por violações de tensão.

Tabela 3 Referência de Seleção para Reguladores Automáticos de Tensão de Linha de Baixa Tensão

3.Aplicação de Tecnologia

3.1 Contexto do Caso e Problemas de Perdas na Linha
A Zona do Transformador A está localizada no centro de um distrito urbano antigo, com um raio de fornecimento de energia de 1,5 km, atendendo 712 clientes residenciais e 86 clientes comerciais. A infraestrutura de distribuição da zona inclui principalmente um transformador de distribuição do tipo S11-M.RL-400/10 com capacidade nominal de 400 kVA; seis alimentadores de baixa tensão—dois com condutores JKLGYJ-120 mm² e quatro com condutores JKLGYJ-70 mm²—com um comprimento médio de linha de 510 metros por circuito; além disso, há quatro unidades de anel principal HXGN-12 e 18 armários de distribuição integrados de baixa tensão.

Nos últimos anos, devido à renovação urbana localizada e à expansão de estabelecimentos comerciais, a carga nesta zona do transformador mostrou crescimento contínuo. Por exemplo, em 2018, a carga pico alcançou 285 kW, com o consumo de eletricidade aumentando 7,6% ano a ano, mas a taxa de perda na linha foi tão alta quanto 9,7%, significativamente excedendo a meta de gestão de 6,5% para o mesmo período.

As inspeções no local revelaram as seguintes questões-chave:

• Contato ruim nos pontos de conexão do transformador de distribuição e das linhas causou aquecimento localizado e perdas adicionais;

• Distribuição desigual da carga trifásica, com um desequilíbrio máximo de 18,2%;

• Conexões ilegais e furto de energia por alguns usuários;

• Dispositivos de medição envelhecidos com erros de medição superiores a ±5%.

Esses fatores contribuíram coletivamente para perdas de linha persistentemente altas na zona, criando um desafio de governança severo.

3.2 Seleção e Implementação de Tecnologia
Para abordar os problemas de perda de linha na Zona do Transformador A, uma solução abrangente integrando comunicação HPLC, interruptores inteligentes de troca de fase e reguladores de tensão automáticos foi implementada após uma avaliação minuciosa.

Primeiro, acopladores HPLC e módulos de comunicação foram instalados no lado de baixa tensão do transformador, e equipamentos correspondentes foram implantados em cada caixa de ramificação e medidor de usuário, estabelecendo uma rede de comunicação de portadora de linha de potência de alta velocidade que cobre toda a zona do transformador. Esta rede permitiu o monitoramento em tempo real do estado operacional, incluindo tensão, corrente, potência em barras e ramificações, bem como indicadores críticos como temperatura do equipamento e distorção harmônica. Assim, a equipe de operação e manutenção pôde detectar anomalias prontamente. Além disso, os dados de medição de energia de alta precisão forneceram suporte sólido para a análise e gestão de perdas de linha.

Segundo, seis unidades de interruptores inteligentes de troca de fase (com corrente máxima de operação de 250 A) foram instaladas em caixas de ramificação principais e locais de carga chave. Esses interruptores mediram continuamente o desequilíbrio de corrente trifásica e redistribuíram automaticamente as cargas quando o desequilíbrio ultrapassava 15%, equilibrando efetivamente as três fases. Testes de campo confirmaram que as ações de comutação foram concluídas em 30 ms, com transições suaves que não causaram interrupção aos usuários. Três meses após a entrada em operação, o desequilíbrio trifásico na zona diminuiu de 18,2% para 6,5%, e a taxa de perda de linha caiu 1,7%.

Terceiro, para abordar violações de tensão no final das linhas, um regulador de tensão inteligente de 200 kVA foi instalado a 710 metros do transformador. O regulador aceita uma faixa de tensão de entrada de 210–430 V e mantém uma saída de 220 V ±2%. Ele ajusta automaticamente sua relação de enrolamento com base nas medições de tensão em tempo real no final da linha, mantendo a tensão terminal consistentemente dentro do intervalo aceitável. Desde a entrada em operação, o regulador respondeu rapidamente a diversos picos e vales de carga, elevando a taxa de conformidade de tensão em nove pontos de monitoramento chave de 87% para mais de 98,5%.

Através de uma abordagem de gerenciamento fechado de "monitoramento–controle–otimização", essas medidas melhoraram significativamente o desempenho de perda de linha da Zona do Transformador A, alcançando uma economia de energia estimada de aproximadamente 120.000 kWh por ano, com benefícios econômicos notáveis. Uma comparação dos indicadores-chave é mostrada na Tabela 4.

Tabela 4 Comparação de Índices-Chave da Área A Antes e Depois da Governança Abrangente

Na implementação real, os seguintes pontos também devem ser observados:
Primeiro, em relação à confiabilidade da comunicação HPLC, a potência de transmissão, codificação do canal e outros parâmetros devem ser configurados de forma razoável de acordo com as condições específicas da área de transformação; se necessário, métodos de retransmissão podem ser usados para estender a distância de comunicação.
Segundo, o tempo e a lógica de intertravamento das operações do interruptor de comutação de fases devem ser cuidadosamente definidos para evitar ações de comutação excessivas ou errôneas—por exemplo, o interruptor pode ser configurado para agir somente quando o desequilíbrio exceder 15% e persistir por 3 minutos.
Terceiro, a seleção adequada e a configuração da capacidade do regulador de tensão deve incluir uma certa margem para evitar ajustes frequentes que possam causar desgaste mecânico; consulte a Tabela 5 para diretrizes sobre a seleção e configuração de reguladores de tensão automáticos.

Tabela 5 Referência de Seleção de Modelo para Reguladores de Tensão Automáticos

Além disso, uma equipe de operação e manutenção de alta qualidade é também crucial para garantir o funcionamento estável a longo prazo do sistema. Apenas alinhando-se de perto com as necessidades reais, selecionando e otimizando soluções técnicas de acordo com as condições locais e apoiando-as com um mecanismo de gestão sólido, pode-se realmente alcançar melhorias contínuas na governança de perdas em linha.

4.Conclusão
A gestão de perdas em linhas nas zonas de transformadores de baixa tensão é de grande importância para melhorar a qualidade do fornecimento de energia e a eficiência econômica, e a aplicação de tecnologias de redes inteligentes fornece um forte suporte nesse sentido. No trabalho prático, tecnologias como HPLC (Comunicação de Linha Elétrica de Alta Velocidade), dispositivos de comutação de fase inteligentes e reguladores automáticos de tensão de linha de baixa tensão se tornaram focos principais de pesquisa e implementação. Com essas tecnologias, pode-se realizar o monitoramento em tempo real das condições de operação da zona de transformador, o equilíbrio dinâmico de cargas trifásicas e a regulação precisa da tensão terminal.

Tomando como exemplo a Zona do Transformador A em uma certa cidade do interior, após uma remediação abrangente, a taxa de perda de linha diminuiu de 9,7% para 6,1%, e a taxa de conformidade de tensão melhorou em 11,5%, alcançando benefícios econômicos e sociais significativos.

No entanto, ainda existem áreas que precisam de melhoria nas aplicações atuais de tecnologia—por exemplo, aprimorar ainda mais as capacidades de anti-interferência de comunicação e refinando estratégias de controle autoadaptativo de equipamentos. Olhando para o futuro, o foco deve ser deslocado para o design integrado e o controle coordenado de dispositivos inteligentes, e a exploração mais profunda de modelos de previsão de perdas em linha baseados em big data e inteligência artificial. Além disso, o aprimoramento do treinamento técnico para o pessoal de operação e manutenção é essencial para garantir o funcionamento estável a longo prazo do sistema. Essas medidas fornecerão soluções mais eficientes e sustentáveis para a gestão de perdas em linhas nas zonas de transformadores de baixa tensão.