COMBATE ÀS PERDAS COMERCIAIS

jun, 2009

Edição 50, Março de 2010

Por Clóvis Aparecido Paulino E Cícero Couto de Moraes

Apresentação de um sistema inibidor da prática de furto e fraude de energia elétrica a partir das tecnologias PLC, ZIGBEE e GPRS

O furto de energia é um grande problema para as concessionárias de energia, responsável por um prejuízo anual ao País de cerca de R$ 5 bilhões, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica. Para combater essas fraudes, as distribuidoras desenvolvem uma série de ações visando a reduzir a prática de desviar energia clandestinamente, conhecida como “gato”, tipificada como crime inafiançável, com pena prevista de um a quatro anos de prisão.

Em determinadas regiões, o índice de perdas chega a atingir 25%, fazendo algumas concessionárias terem prejuízo de até R$ 500 milhões por ano. Com o intuito de sanar o problema, a Aneel quer garantir que haja punição efetiva para quem fizer o “gato”. Aliado a este fato, o Código Civil permite que as concessionárias cobrem retroativamente até cinco anos de contas atrasadas. Muitas vezes, porém, as agências reguladoras estaduais, que fazem a fiscalização mediante convênio com a agência, acabam reduzindo muito o período da cobrança, diminuindo o efeito da punição.

O furto e as fraudes afetam a empresa fornecedora, o cidadão que paga suas contas e o Estado, que deixa de arrecadar impostos sobre a energia fraudada. Este trabalho objetiva, portanto, discutir os problemas existentes entre concessionárias e consumidores ocasionados devido ao furto e fraude de energia elétrica, denominado como perdas comerciais, e propor um sistema que coíba a prática deste delito, com o auxílio das tecnologias Power Line Comunication (PLC), Zigbee (wireless) e General Packet Radio Service (GPRS).

 

Estudando o problema

O consumidor nacional apresenta uma elevada heterogeneidade que demanda soluções específicas para cada localidade atendida e que, em muitos casos, não encontram soluções dentro das alternativas disponíveis no mercado para atendimento às suas necessidades, seja por limitações técnicas, seja pela sua inviabilidade mercadológica.

As áreas para as quais se pretende desenvolver o projeto de medição centralizada integrada compreendem as regiões mais afetadas pelo problema, em sua maioria, compostas de populações das classes C e D, que normalmente constroem suas habitações sem projetos, sendo tipicamente atendidas por autoconstruções.

Os problemas socioeconômicos enfrentados por esta população, na maioria das vezes, levam a práticas que buscam adequar seu perfil de despesas à sua reduzida renda. Entre as mais comuns está a prática dos chamados “gatos” nas instalações elétricas residenciais. Por questão cultural, dentro dessas comunidades, tal ato não é considerado um delito e sim uma forma de administração de suas necessidades. A mudança cultural neste segmento, apesar de factível, demandará intenso trabalho por meio de informações e pelo uso intensivo de novas tecnologias.

A originalidade da solução a ser desenvolvida e apresentada neste projeto é demonstrada de diversas formas. Primeiro, ela buscará solucionar os problemas anteriormente descritos, na medida em que deslocará a medição de energia da residência do consumidor para um ponto de melhor controle no poste de distribuição. O sistema de medição centralizado permitirá a implantação de uma solução que possibilitará a concessionária criar novas práticas de tarifação para o consumidor, buscando atender às suas necessidades de planejamento dos gastos. Além disso, permitirá a monitoração e a coleta remota das curvas de consumo individualizadas e diversas outras características.

Nesse sentido, apresentamos neste artigo um sistema que tem como objetivo coibir o furto mediante fraude de energia, visando ao bem estar e à segurança da própria sociedade, sem ferir as partes.

Desenvolvimento de um módulo concentrador de medição de baixo custo

O processo começa com a criação de um equipamento que proverá funções de concentração de medição de energia, de medidores eletrônicos e eletromecânicos com saída pulsada a ser instalado nos postes de distribuição de energia elétrica nas ruas da região. Este equipamento possibilitará o deslocamento das medições de energia propriamente ditas para um local de difícil acesso, com mecanismos de controle de violação e capacidade de comunicação com sistemas de gerenciamento de hierarquia superior para coleta e controle das medições de forma remota. Ao mesmo tempo, o sistema proverá displays digitais a serem instalados nas residências atendidas e que permitirão ao consumidor a obtenção de diversas informações relacionadas ao seu consumo.

O resultado será a melhoria no controle de perdas comerciais e na monitoração do consumidor final, bem como a possibilidade de realizar o corte e o religamento remoto de energia elétrica de cada residência monitorada, seguindo padrões de operação a serem definidos pela Aneel.

Desenvolvimento de um sistema de coleta remota de dados de medição

Criação de um sistema composto por equipamentos de concentração secundários, links de comunicação por rede celular GPRS e unidades de gerenciamento e controle da comunicação que interligarão todos os equipamentos, possibilitando a criação de um só repositório de dados oriundos de todos os equipamentos instalados em campo, se valendo, para tanto, da infraestrutura de telecom disponível nos grandes centros urbanos.

A resultante de tal processo será a criação de um sistema que possibilitará à concessionária: monitorar em tempo real o consumo individualizado de energia de uma determinada região atendida e/ou consumidor, identificar possíveis pontos de fraude buscando coibir tal prática com os consumidores, agilizar o faturamento transferindo as informações de leitura diretamente ao Banco de Dados (BD) de faturamento, eliminar os erros de leitura e criar uma banco de dados histórico dos consumidores, com suas respectivas curvas de carga, que serão utilizados como base de estudo para proposição de novas formas de tarifação [3] em sintonia com as novas resoluções da Aneel.

 

Preparação de infraestrutura para novas formas de tarifação

O objetivo é a preparação de uma solução técnica que viabilize a implantação de novos mecanismos de relacionamento com os consumidores de baixa tensão, tentando proporcionar novas formas de tarifação que atendam tanto a necessidade dos consumidores como da concessionária.

Dentro deste campo, destaca-se a possibilidade de implantação futura de energia pré-paga, programas de Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD), tarifa amarela, entre outros mecanismos. O objetivo aqui será identificar pontos convergentes que possibilitem à concessionária obter resultados econômicos favoráveis e, ao mesmo tempo, um serviço de qualidade e um custo compatível com a realidade socioeconômica do seu consumidor.

 

Reeducação social e viabilidade

Nesta etapa, será esclarecido que a adoção de soluções tecnológicas para a medição e controle de fraudes trará benefícios comuns a toda comunidade. Também serão discutidos aspectos relacionados à conscientização das consequências legais da prática de fraude, na medida em que será monitorado em tempo real a ocorrência de tais eventos.

O projeto piloto, parte do trabalho a ser desenvolvido, será peça fundamental para análise dessas novas possibilidades, dentro de um ambiente real de campo, possibilitando a inferência dos resultados que serão obtidos em aplicações de larga escala. Também permitirá um estudo da melhor forma de abordagem com a população a ser atendida pelo sistema, uma futura expansão de sua aplicação.

 

Laboratóri

o prático para estudo da modalidade de energia pré-paga

O projeto piloto fornecerá o ambiente ideal para que se possa realizar um estudo prático da aceitação e dos problemas derivados da adoção de energia pré-paga em consumidores de baixa tensão. Seria um laboratório com 100 unidades consumidoras que, ao final do projeto, poderia ser escolhida a modalidade de energia pré-paga, ainda em fase experimental.

Deste sistema, fariam parte os seguintes equipamentos:

• Módulo concentrador primário;

• Display residencial;

• Caixa de medição externa;

• Módulo concentrador secundário;

• Unidade Central de Comunicação (UCC).

 

Descrição detalhada das funcionalidades previstas para cada módulo

Módulo concentrador primário

Responsável pelo armazenamento e totalização das informações de energia consumida, enviadas por até oito medidores de energia eletrônicos ou eletromecânicos – com saídas pulsadas no padrão ABNT (Associação Brasileira de Normas e Técnicas) – a ele associados. As informações armazenadas serão transmitidas via Power Line Comunication (PLC) ou Zigbee (wireless) a um módulo concentrador secundário, que agrupará os dados de uma célula de medição de determinada região. Adicionalmente, as informações poderão ser transmitidas, por tecnologia Zigbee a um coletor de dados portátil convencional, que será utilizado pelos leituristas de rua.

Figura 1 – Disposição interna dos principais componentes de um sistema anti-fraude que atenda até oito consumidores. Para efeito de visualização, a parte de potência foi representada apenas para um dos medidores

 

As informações de consumo totalizado em kWh serão enviadas também por PLC ou Zigbee a um display digital residencial, instalado em qualquer ponto de alimentação das residências atendidas pelo sistema. Haverá a possibilidade, também, de serem enviadas informações de consumo em reais (R$) no período, caso seja autorizado pela área comercial da empresa.

A informação de consumo em kWh integralizada no período de faturamento proverá o consumidor de uma importante ferramenta de planejamento de suas despesas, pois informará, em tempo real, os valores de energia consumida, evitando as desagradáveis surpresas quando da chegada da fatura de energia.

Este módulo também permitirá à concessionária a criação de novas formas de tarifação junto ao consumidor, com o objetivo de ampliar a gama de alternativas para adequar o perfil de cada consumidor aos serviços prestados. As funções a serem implantadas adicionalmente no módulo concentrador primário serão as seguintes:

• Corte e religamento remoto de energia;

• Tarifa amarela;

• Levantamento de curva de carga do consumidor;

• Implantação de programa de gerenciamento pelo lado da demanda;

• Monitoração de violação de caixa de medição (controle de fraude);

• Totalização de energia consumida no período (fechamento da fatura);

• Totalização de energia consumida total;

• Gerenciamento da comunicação com os diversos displays digitais residenciais a ele associados (módulo secundário e coletor de dados);

• Implantação de programa de energia pré-paga (funcionalidade futura já prevista).

Sua real instalação prescindirá ainda do desenvolvimento de sistemas de gerenciamento, que farão o controle de forma hierarquizada das informações, enviando tais dados aos subsistemas de hierarquia inferior (Módulos Concentradores Secundários e Primários) que, por sua vez, fará o controle local das informações de consumo, período de consumo e crédito de energia.

Esta topologia, ainda em fase preliminar de estudos, minimizará em muito o trafego de informações entre os diversos dispositivos, fator fundamental para o aumento de confiabilidade do sistema e de viabilidade econômica da solução.

 

Display residencial

O display residencial será composto de seis dígitos, a ser instalado na residência dos consumidores atendidos pelo sistema, podendo ser conectado a qualquer ponto de alimentação, se comunicando com o Módulo Concentrador Primário por PLC ou Zigbee que lhe fornecerá um conjunto de informações. Será a interface homem/máquina do sistema junto ao consumidor.

O display proverá as seguintes informações:

• Energia total consumida em kWh;

• Energia consumida no período em kWh;

• Crédito de energia em kWh (para programa futuro de energia pré-paga);

• Crédito de energia em Reais – R$ (para programa futuro de energia pré-paga);

• Alarme de fim de crédito (para programa futuro de energia pré-paga).

Em função do programa específico de tarifação a ser implementado no consumidor, as informações fornecidas irão variar. Estas definições serão mais exploradas quando da elaboração do plano de características técnicas dos equipamentos, parte fundamental no processo de desenvolvimento aqui proposto. O display ficará sempre em stand by (apagado), sendo reativado quando apertado botão de controle. Isso possibilitará economia de energia pelo display.

 

Caixa de medição externa

Caixa que abrigará o Módulo Concentrador Primário, os módulos de corte/religamento e os medidores de energia com saída pulsada. Esta caixa será montada nos postes de distribuição de rua de onde serão derivadas as saídas para as residências e terá as seguintes características:

• Caixa à prova de tempo (IP 65);

• Sensoriamento de violação (conectado ao módulo concentrador primário);

• À prova de vandalismo e de fraude (parafusos especiais, vedação, etc.);

• Facilidade de instalação e remoção (conectorização tipo plug in);

• Dimensões reduzidas (baixo impacto visual).

 

Módulo concentrador secundário

Este módulo é responsável pelo gerenciamento e armazenamento das informações dos diversos módulos concentradores primários a ele associados, bem como pelo envio dos dados coletados pela Unidade Central de Comunicação (UCC), instalada no centro de medição e faturamento da concessionária, via celular GPRS. Esta comunicação seguirá protocolo ABNT, sobre TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol), facilitando a integração deste sistema com os sistemas de gerenciamento de hierarquia superior (faturamento, medição e supervisão de rede).

Este módulo também gerenciará, com máxima prioridade, os eventos de violação de caixa de medição ocorridos nas caixas externas, enviando imediatamente estas informações aos centros de medição da concessionária, buscando coibir a ocorrência de fraudes no sistema.

De forma geral, o módulo concentrador secundário será bastante semelhante ao seu par primário, porém com maior capacidade de armazenamento de dados e novas funcionalidades de comunicação.

 

Unidade Central de Comunicação (UCC)

Trata-se de uma unidade a ser instalada no centro de medição e faturamento da concessionária e que estará interligada, via VPN (Virtual Private Network), a um nó da rede do provedor dos links de comunicação celular (GPRS).

A UCC terá como função o controle da comunicação com os diversos módulos concentradores secundários, armazenando e enviando tais informações diretamente ao banco de dados da concessionária. Será baseada em uma plataforma PC Industrial de alta confiabilidade e performance, operando em modo hot standby, ligada à rede LAN (Local Area Network).

Esta arquitetura hierarquizada, adotada neste sistema, trará como resultado a dimin

uição do tráfego de informações entre diferentes entidades, uma vez que teremos inteligência e capacidade de armazenamento atuando de forma distribuída, bem como um aumento significativo na confiabilidade da solução, pois as informações estarão armazenadas e distribuídas em todas as unidades da solução.

Figura 2 – Ilustração do sistema para minimização do furto de energia

Capacitação técnica

Pode ser observado que o projeto proposto terá ao longo de sua análise, objetivos técnicos e sociais a serem alcançados. Sua equipe de desenvolvimento, formada nesta primeira fase por elementos exclusivamente técnicos irão, por conseguinte, buscar um aproveitamento dos conhecimentos adquiridos, focando as áreas técnicas e afins.

Ou seja, nesta primeira fase, até a implantação do projeto piloto, a capacitação ocorrerá no aumento de conhecimento em tecnologias que apresentam grande potencial de aplicabilidade no setor elétrico, no qual podemos destacar o aprimoramento do estudo de aplicações reais utilizando tecnologia PLC ou Zigbee.

Tal tecnologia abrirá um vasto leque de possibilidades para a concessionária, não somente no que diz respeito ao transporte de informações para suas próprias aplicações, como é o caso, mas também criando um conhecimento que poderá ser utilizado para a prestação de outros serviços ao consumidor. Entre eles podemos vislumbrar os serviços de monitoração de segurança, tarifação integrada de todos os insumos de uma residência (luz, água e gás) e comunicação em banda larga.

Outro resultado será o estudo das melhores técnicas a serem empregadas na exteriorização das medições e se, de fato, este deverá ser o caminho a ser seguido buscando a otimização dos custos de leitura e a redução das fraudes comerciais. Aqui também vale destacar os aspectos de mudança cultural que são esperados, fruto deste projeto.

Conhecimentos como metrologia aplicada, desenvolvimento em plataformas microprocessadas, técnicas de proteção elétrico/eletrônica, utilização de protocolos de dados em links via celular (GPRS), protocolos de comunicação e processos de certificação e teste serão também importantes ganhos a serem utilizados, não somente neste projeto, mas em diversas outras áreas de interesse dentro da concessionária. Como exemplo temos os setores de automação de subestações, automação de redes de distribuição, telecomunicação, medição e tecnologia da informação.

Na segunda fase, a capacitação para a concessionária se dará na análise dos aspectos sociais envolvidos na amostra escolhida com relação à aceitação do sistema, os resultados obtidos no tocante à mudança da cultura da fraude e o aprimoramento nas relações com o consumidor, em função das novas modalidades de tarifação permitidas pelos equipamentos instalados.

O sistema desenvolvido poderá ser expandido para outras regiões de qualquer distribuidora de energia, uma vez que os problemas aqui apresentados são, em maior ou menor escala, comum a todas as concessionárias que atuam neste segmento.

Figura 3 – Arquitetura do sistema anti-fraude proposto

Conclusão

Com a medição exteriorizada, ou seja, com a retirada do medidor de energia de dentro do estabelecimento do consumidor e a criação de tarifas especiais para determinadas classes sociais, estará se criando uma dificuldade e desmotivação para que se pratique o furto de energia mediante fraude, de forma justa e legal de acordo com as normas da Aneel, melhorando o benefício deste bem distribuído a toda a sociedade.

Referências bibliográficas

• CHUEIRI, I. J., “Sistema automático de controle de iluminação pública com comandos via pager”. LAC-UFPR/COPEL, Relatório 2817/97. Curitiba, 1997.

• General Packet Radio Service. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Gprs>.

• Artigo N. 65 e N. 66 da Resolução N. 090 de 27 de março de 2001. “Horosazonal”. Aneel.

• Resolução N. 56 de 03 de março de 1977. Aneel.

• MARQUES, G. A. G. “Transmissão de dados via rede elétrica”. Monografia submetida à UFSC como requisito para a aprovação da disciplina DAS-5511.

• ZigBee Alliance. Disponível em: <http://www.zigbee.org/>, maio de 2004.

• BRUGGER, R. “Estado actual de tecnologia prepago de electricidad en Argentina”. Conferência CLER. São José, Costa Rica, 2001.

• AES Eletropaulo. II encontro técnico de redes subterrâneas de distribuição de energia elétrica. Light, Rio de Janeiro, 2004.

 

 


 

CLÓVIS APARECIDO PAULINO é engenheiro eletricista e mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP)

Prof. Dr. CÍCERO COUTO DE MORAES é orientador de mestrado pela Engenharia Elétrica da Universidade de São Paulo (USP)

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