Cabos Bimetálicos

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Simpósio Tecnologia Condutores Bi-metálicos
“Aplicações Avançadas de Condutores 
	 Bi-metálicos”
Apresentação: 
Engº Maurício R. Soares - Consultor Procable
Prof. Fumitaka Nishimura - Gerente Geral Procable
USP
S.Paulo - 21Nov.2003
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Simpósio Tecnologia Condutores Bi-metálicos
Escopo:
	Apresentação das características e vantagens do Alumoweld® e sua aplicação como condutor em linhas e redes de distribuição.
Sumário:
Características básicas dos condutores
Estudo CEMIG “Utilização Condutores de Aço ER”
Análise técnico-econômica
Vantagens e benefícios do Alumoweld®
Aplicações em linhas e redes de distribuição
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Parceiros
Procable Energia e Telecomunicações Ltda
Empresa Brasileira - Diadema, SP
Atuação: fornecimento de sistemas integrados 	(turn-key - material, projeto e construção):
LD’s e RD’s compactas (protegidas e isoladas) e subterrâneas
LT’s aéreas e subterrâneas
Redes de cabos óticos - OPGW, ADSS, enterrados
Parcerias: Fujikura (Japão), AFL (USA), Hendrix (USA)
Faturamento: R$ 40 mi./ano
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Parceiros
Fujikura Ltd.
Empresa Japonesa - Tokio
Joint-venture com Procable 
Produtos: 
Cabos de energia e acessórios para LT’s e RD’s 
Sistemas e cabos óticos (backbone, redes de acesso e internas)
Cabos e componentes para Telecom e Computação
Faturamento: US$ 2,5 bi./ano
Vendas BR: 
cbs. OPGW para Chesf, Cemig, Copel
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Alumoweld®
Fio com uma grossa camada de alumínio puro aplicada sobre um núcleo de aço de alta resistência mecânica, através de processo de caldeamento.
É um produto da Alcoa, com marca registrada, e fabricado pela AFL.
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Alumoweld®
O processo de fabricação do Alumoweld consiste na aplicação continua de pó de alumínio sobre um vergalhão de aço.
O controle da temperatura e pressão no processo desenvolve uma soldagem atômica entre os dois metais.
O vergalhão é então trefilado a frio em fios, sem perder as propriedades do alumínio e do aço.
Alumoweld oferece as vantagens de cada metal: a boa condutividade do alumínio e a alta resistência mecânica do aço.
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Alumoweld®
A camada de alumínio representa 10% do raio do fio e compreende 25% da área da seção transversal.
O processo de fabricação permite obter condutividade de 33% no Alumoweld®, 3 a 4 vezes maior que o cabo de aço zincado.
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Materiais Condutores
1 – ASTM B-415
2 – Alumoweld® para condutores de energia
3 – Alumínio liga 6201-T81
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Fios de Alumoweld®
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Cabos de Alumoweld®
* temperatura 40 + 40ºC (CAA = 40ºC); vento 2,2 km/h ** cruzeta de 2,40 m
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Uso do Condutor de Aço
Origem – Austrália
Aplicação linhas 1Ø e 3Ø 
Existência 3Ø até 50 km
Condutor Aço-Zn 3x2,75 mm
SWER System
Aplicações em ER
Austrália, N. Zelândia
A. Sul, Canadá, Chile 
Copel, Celesc, Cemig
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Estudo da Cemig
Metodologia de análise e abordagens do estudo:
Análise técnica
Análise econômica
Experiências de campo e laboratório
Conclusões
Critérios de aplicação
Referência: condutor CAA 4 AWG
“Utilização de Condutores de Aço em ER” - Set.85
Estudo visou avaliar de forma abrangente o uso do condutor
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Estudo da Cemig
Análise é conduzida considerado,		 um alimentador modelo com cargas distribuídas:
triangular, no tronco
uniforme, nos ramais
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Estudo Cemig – Análise Técnica
Cálculos elétricos
		Cálculos também executados para cargas:
concentrada
uniformemente distribuída
triangularmente distribuída
Queda de tensão
Perdas de energia
Ampacidade
Partida de motores
Curto-circuito
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Estudo Cemig – Análise Técnica
Cálculos mecânicos
Trações e flechas
Tabelas de projeto e montagem
Gabarito para projeto da linha (curvas das catenárias)
Vibração eólica
Gráfico de estruturas
Dimensionamento mecânico das estruturas
Tipo de estrutura (função do vão e ângulo deflexão)
Experiências de campo e laboratório
RDR 1Ø: fio aço DN3,09 mm, 8 km e 15 consumidores
Vibração eólica em região alta e ventos constantes (BH)
Curva de Wohler – verificação da fadiga (PUC, Rio)
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Estudo Cemig – Análise Econômica
Metodologia de cálculo
Custo unitário das RDR’s
Investimento inicial
Custo da manutenção
Custo das perdas
Escolha do condutor mais econômico
Alternativa mais econômica para uma área
Base de cálculo
Horizonte de análise: 30 anos
Remuneração do investimento: 12% aa.
Valor residual das RDR: 10%
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Estudo Cemig – Análise Econômica
Projeto básico para cada tipo de condutor
Extensão de 15 km
Perfil terreno plano, ondulado e acidentado
Orçamento e custos unitários das RDR’s
Manutenção
Equivalente para CAA e Cabos de Aço
Custos das perdas
Efeito Joule
Custos da demanda
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Estudo Cemig – Análise Econômica
Determinação do condutor mais econômico
Função de:
encargos de capital
perdas de energia
fator de demanda
potência instalada no alimentador
Alternativa mais econômica para uma área
Cabo de aço 3x2,25 mais econômico que CAA 4
Ano 0		= menos 28%
Ano 30	= menos 9%
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Estudo Cemig
Estudo de caso – condutor aço 3x2,25 mm
Aplicação em uma SE (Triângulo MG)
Estudo para os anos 0 – 5 – 10
Parâmetros
Fd = 0,40
 Dvmáx = 8% no 10 ano
Crescimento = 2,5 % aa
Icc mín. = 30A
Aplicação de reguladores de tensão ano 10
Aplicabilidade do condutor de aço = 40%
Aplicação no Programa Cemig-Rural (década 80/90)
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Estudo da Cemig
Conclusões:
Uso do Aço-Zn 3x2,25 mm x CAA 4 AWG
Economia de 28% na RDR
nº relativo postes/km = 0,70
Critérios de aplicação:
Ramais 1Ø
Comprimento máximo = 8 km
Nº máximo propriedades rurais = 5
 DV = 8%
Icc f-terra min. = 30 A
Áreas de aplicação com baixas perspectivas de expansão
Critérios e bitola limitaram uso na CEMIG do Aço 3x2,25mm
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Alumoweld®
Aplicação da metodologia de análise da Cemig
Proposta para cabo de aço
Alumoweld 3x10 AWG
Condutividade 40%
Não apresenta as limitações de projeto do Aço-Zn
Condutividade (>> 9%)
Extensão (> 8km)
Nº consumidores no ramal (> 5)
Sem restrições de crescimento e expansão da área
Utilização de Condutor de Aço-Alumínio na ER
“Análise de Viabilidade e Proposta de Uso”
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Alumoweld x Aço-Zn x CAA
Características Técnicas
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Alumoweld x Aço-Zn x CAA
Características de Projeto
						 * U$1,00 = R$3,20
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Alumoweld x Aço-Zn x CAA
Comparação entre Condutores
CAA como referência
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Alumoweld x Aço-Zn x CAA
Comparação entre Condutores
CAA como referência
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Alumoweld®
Aplicação em linhas 1Ø e 3Ø
Economia de 21% e 16%, respectivamente
Sem as restrições técnicas do Aço-Zn
Opções de bitolas:
3x9 AWG (19,9 mm2): V 1,7x maior – Ramal 15 km – Propriedades 13 – Custo RDR-1Ø de menos 18%
3x8 AWG (25,1 mm2): V 1,3x maior – Ramal 16 km – Propriedades 15 – Custo RDR-1Ø de menos 15%
Obs.: Características para linhas 1 e comparadas com o CAA.
Deve-se ainda salientar que o uso intensivo do condutor Alumoweld tende a reduzir seu preço, o que leva a maiores vantagens econômicas.
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Alumoweld® - Opções de bitolas
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Aplicação do Alumoweld®
Eletrificação Rural
Uso sem prejuízo da qualidade do serviço e da segurança
com grandes reduções nos investimentos
sem as limitações técnicas do Aço-Zn
características próximas ao CAA 4 AWG
Utilização em áreas rurais com baixa rentabilidade
pequenos e médio produtores rurais
Utilização em Programas Governamentais de Eletrificação Rural, para consumidores de baixa renda
energia elétrica é um insumo básico para o desenvolvimento de áreas rurais e fixação do homem no campo
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Aplicação do Alumoweld®
Universalização do Uso da Energia
Resolução 223 da ANEEL, de Abr.2004, determina que consumidores de distribuição não mais arcarão com as despesas de ligação à rede elétrica, que passarão a ser de inteira responsabilidade das Distribuidoras.
~ 12 milhões brasileiros não têm acesso à energia elétrica ≡ 2,3 milhões domicílios, grande maioria em áreas rurais.
ANEEL fiscalizará periodicamente a execução do Plano de Universalização por meio de indicadores.
Distribuidoras que não cumprirem as metas poderão ter seus níveis tarifários reduzidos.
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Aplicação do Alumoweld®
Condutor neutro
Incidência de roubo de condutores de alumínio
e cobre vem aumentando, particularmente do condutor neutro. 
Prejudica a segurança e proteção das redes.
Aplicação importante do Alumoweld, em locais com alta incidência de roubo de cabo neutro.
Uso geral nas redes urbanas e rurais.
Utilização sem restrições técnicas.
Cabo mensageiro
Uso também como mensageiro de cabos multiplexados, em substituição ao CA, CAA e CAL, sem restrições técnicas e com vantagens de custo.
Obrigado pela atenção.
REATÂNCIA INDUTIVA
XL = 2.p.f.L.10-3 ohm/km
f = freqüência
INDUTÂNCIA
L = KL + 0,46.log(2.DMG/dc) omh/km
KL = fator que depende do nº fios elementares do condutor
DMG = Distância média geométrica
XL = f(nº fios; diâmetro do cabo)
SWER SYSTEM (Single Wire Earth Return)
sistema básico de ER da Austrália, monofásico, com condutor de aço e retorno pela terra e postes de eucalipto.
Existência de uma linha 3f com aço-Zn de ate 50 km de extensão’, no Estado de Victória
Aço-Zn 3x2,75
Ampacidade = 28 A
Aplicação < 10 A
Momento elétrico = 920 kVAxkm (1f 12,7kV – FP = 0,80)
Tensão básica 1f = 22/12,7 kV
Icc - f-terra = < 300 A
 DV = 6 a 7%
Trafos de isolamento (50 e 100kVA – impedância 3%) e distribuição (1f 19,1 ou 12,7kV – 480/240V – 5, 10 e 20kVA – impedância 2,5%)
Impedância controlada para manter os níveis de DV e Icc
Resistências de aterramento:
	- SE isolamento
	 AT = < 2 a 5 Ω
	 BT = < 30 Ω
	- SE distribuição
	 AT = < 20 a 30 Ω
	 BT = < 30 Ω
Malha de terra:
	- Hastes profundas, com mín de 4 eletrodos (6 m)
	- Eletrodo de aço cobreada, seguimentos de f15 x 1.500 mm e cabo de aterramento Cu 7/2,75 ou 7/2,00
	- AT mín. 6 hastes
	- BT mín. 3 ou 4 hastes
	- Malhas AT e BT não são interligadas, por questão de segurança (transferência de potencial)
5 postes/km
3 km/consumidos (NSW)
SWER = 60-70% custo linha convencional (só condutor de aço reduz 25%)