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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Leonardo Luiz Peres Rafael Kalucz ESTUDO DE PROJETO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO TRIFÁSICAS AÉREAS COM ÊNFASE NOS CÁLCULOS ELÉTRICOS Curitiba 2014 1 LEONARDO LUIZ PERES RAFAEL KALUCZ ESTUDO DE PROJETO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO TRIFÁSICAS AÉREAS COM ÊNFASE NOS CÁLCULOS ELÉTRICOS Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação, apresentada à disciplina TE105 – Projeto de Graduação, do Curso Superior de Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, como requisito para Obtenção do titulo de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof.Dr. Clodomiro Unsihuay Vila Curitiba 2014 1 2 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradecemos aos nossos pais pelos momentos de lazer, carinho e educação prestados desde o início de nossas vidas ate o presente momento, nos ajudando a superar todas as dificuldades encontradas em nosso caminho com muito amor e compreensão. Aos Engenheiros Aurino Atsushi Sigaki, Eduardo Rodovalho de Oliveira e Evaldo Kalucz pela ajuda com o conteúdo para o desenvolvimento deste trabalho. Ao Professor Dr. Clodomiro Unsihuay Vila por aceitar o convite e nos orientar na realização desse trabalho. Aos Professores do departamento de engenharia elétrica da universidade federal do Paraná por terem contribuído de forma excepcional para a nossa formação como profissionais e por todo o conhecimento transmitido durante a nossa graduação. Aos nossos amigos em geral que estiveram junto conosco durante nossa graduação e nossa vida, em especial Paulo Vriesman da Silva, Pedro Mol, Ricardo Schumacher, Andrey Oliveira e João T. Pilato. Ensinando-nos o verdadeiro valor de uma amizade dando-nos apoio em momentos difíceis e de nervosismo como também presentes em momentos de descontração e alegrias e que vão continuar junto conosco durante toda nossa vida. Queremos também agradecer a banca examinadora: Prof. M.Sc. Vilson R. G. R. da Silva, Prof. Dr. Odilon L. Tortelli e Prof. Dr. Clodomiro U. Vila que cederam parte de seu precioso tempo para nos ajudar e orientar as diretrizes de nosso TCC. E as demais pessoas que estiveram junto conosco durante toda nossa trajetória acadêmica direta ou indiretamente. 3 RESUMO O desenvolvimento desse trabalho consistiu em estudar através de pesquisas bibliográficas e entrevistas com engenheiros, como são realizados os projetos de linhas de transmissão trifásicas aéreas atualmente no Brasil e os métodos utilizados para efetuar os cálculos elétricos da linha. O objetivo desse trabalho é descrever como é realizado um projeto completo de uma linha de transmissão e a criação de uma planilha eletrônica para efetuar os cálculos elétricos da linha. Para a validação da metodologia utilizada foi realizado comparações com estudos e projetos existentes, onde se obteve dados referentes aos cálculos elétricos de linhas de transmissão e implementados logo testados em uma planilha eletrônica. O conteúdo desse trabalho pretende ser o inicio do desenvolvimento de um manual de elaboração de projetos de linhas de transmissão e seus respectivos cálculos elétricos em uma planilha eletrônica. Palavras-chave: Projetos. Linhas de transmissão de energia elétrica. Cálculos elétricos. Planilha eletrônica. Normas técnicas. 4 ABSTRACT The development of this work was to study through bibliographical research and interviews with engineers, as are performed projects of triphasic electricity transmission lines aerial currently in Brazil and the methods used to make electrical calculations of the line. The aim of this paper is to describe how we conducted a complete project of a transmission line and creat an electronic spreadsheet to perform calculations of the electrical line. To validate the methodology used, it was performed comparisons with existing studies and projects, which it is obtained data for the electrical calculations of transmission lines and tested in a spreadsheet. The content From this work, want be the begin to perform a manual transmission lines to develop transmission lines projects and their electrical calculations in a spreadsheet successfully. Keywords: Projects. Electricity transmission lines. Electrical calculations. Spreadsheet. Technical standards. 5 LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1.1: REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA PROJEÇÃO DE DEMANDA DE ENERGIA DO PDE 2023 .............................................................................................................................................. 14 FIGURA 1.2: OFERTA INTERNA DE ENERGIA ELÉTRICA POR FONTE ......................................... 14 FIGURA 1.3: MAPA DO SIN HORIZONTE 2014-2015......................................................................... 16 FIGURA 1.4: FLUXOGRAMA DA METODOLOGIA.............................................................................. 18 FIGURA 2.1: PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UMA LT ......................................................................... 21 FIGURA 2.2: FLUXOGRAMA DE PROJETOS DE LT’S ...................................................................... 22 FIGURA 2.3: LEVANTAMENTO DE UMA POLIGONAL ...................................................................... 24 FIGURA 2.4: EXEMPLO DE ÁRVORE DE CARREGAMENTO NAS ESTRUTURAS ......................... 28 FIGURA 2.5: CADEIA DE SUSPENSÃO CONVENCIONAL ................................................................ 30 FIGURA 2.6: CADEIA DE ANCORAGEM CONVENCIONAL ............................................................... 31 FIGURA 2.7: SINALIZAÇÃO POR MEIO DE PINTURA DOS SUPORTES, INSTALAÇÃO DE PLACAS E ESFERAS .......................................................................................................................................... 33 FIGURA 2.8: EXEMPLO DE SINALIZAÇÃO DAS ESTRUTURAS ...................................................... 34 FIGURA 2.9: DETALHE DO ATERRAMENTO EM UMA TORRE DE TRANSMISSÃO ...................... 37 FIGURA 2.10: SILHUETA DE UMA TORRE S3R ................................................................................ 48 FIGURA 2.11: TRADO CAVADEIRA (a) E TRADO HELICOIDAL (b) RESPECTIVAMENTE ............. 50 FIGURA 2.12: TIPOS DE SOLO ........................................................................................................... 54 FIGURA 3.1: SISTEMA COM UM CONDUTOR POR FASE ................................................................ 57 FIGURA 3.2: SISTEMA COM CONDUTORES AGRUPADOS ............................................................. 57 FIGURA 3.3: SISTEMA COM DOIS CONDUTORES AGRUPADOS ................................................... 58 FIGURA 3.4: CONDUTORES EM UMA LINHA TRIFÁSICA DE CIRCUITO DUPLO, NAS TRÊS PARTES DE UM CICLO DE TRANSPOSIÇÃO .................................................................................... 58 FIGURA 3.5: CORTE TRANSVERSAL DE UM CABO COM ALMA DE AÇO ..................................... 61 FIGURA 3.6: CIRCUITO TEE DE UMA LINHA DE TRANSMISSÃO ................................................... 64 FIGURA 3.7: CIRCUITO PI DE UMA LINHA DE TRANSMISSÃO ....................................................... 65 FIGURA 3.8: REPRESENTAÇÃO DE REATORES NAS EXTREMIDADES DE UMA LT ................... 66 FIGURA 5.1: TORRE DE TRANSMISSÃO ESTAIADA CROSS-ROPE TIPO CR52 ........................... 71 FIGURA 5.2: DADOS DE ENTRADA DE UMA SIMULAÇÃO ..............................................................74 FIGURA 5.3: RESULTADOS DA SIMULAÇÃO .................................................................................... 74 FIGURA 5.4: DADOS DE ENTRADA DE UMA SIMULAÇÃO .............................................................. 75 FIGURA 5.5: RESULTADOS DA SIMULAÇÃO .................................................................................... 76 FIGURA 5.6: POTÊNCIA REATIVA NA TRANSMISSÃO EM FUNÇÃO DA POTÊNCIA ATIVA ......... 77 6 LISTA DE TABELAS TABELA 1.1: CONSUMO DE ELETRICIDADE NA REDE POR CLASSE ........................................... 13 TABELA 1.2: PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA POR TIPO DE FONTE .................................. 215 TABELA 1.3: PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA POR FONTE (%) ............................................. 15 TABELA 2.1: COEFICIENTES DE SEGURANÇA ................................................................................ 25 TABELA 2.2: DISTÂNCIAS BÁSICAS “a” ............................................................................................. 28 TABELA 2.3: DISTÂNCIAS BÁSICAS “a1’ ........................................................................................... 39 TABELA 2.4: PARÂMENTROS GEOTÉCNICOS TÍPICOS EMPREGADOS EM PROJETOS............ 39 TABELA 5.1: CABO 954 MCM RAIL ..................................................................................................... 70 TABELA 5.2: DADOS DE ENTRADA DA TABELA ............................................................................... 71 TABELA 5.3: RESULTADOS DA SIMULAÇÃO E DO ESTUDO DA GLT ............................................ 72 TABELA 5.4: DADOS DE ENTRADA DA PLANILHA ........................................................................... 72 TABELA 5.5: DADOS DO PROJETO ................................................................................................... 73 TABELA 5.6: RESULTADOS DA SIMULAÇÃO .................................................................................... 73 7 LISTA DE ABREVIATURAS LT: Linha de Transmissão CC: Corrente Contínua CA: Corrente Alternada PNE: Plano Nacional Energético PDE: Plano Decenal Energético EPE: Empresa de Pesquisa Energética SIN: Sistema Interligado Nacional ONS: Operador Nacional do Sistema PLS-CADD: Power Line Sistems NBR: Normas Brasileiras ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas EAT: Extra Alta Tensão COPEL: Companhia Paranaense de Energia RAS: Relatório Ambiental Simplificado IAP: Instituto Ambiental do Paraná RDPA: Relatório de Detalhamento dos Programas Ambientais LP: Licença Prévia LI: Licença de Instalação LO: Licença de Operação COD: Cadastro de Obras Diversas ART: Anotação de Responsabilidade Técnica RLA: Requerimento de Licenciamento Ambiental CEMA: Conselho Estadual do Meio Ambiente CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente ANEEL: Agência Nacional de Energia Elétrica CAA: Cabo de Alumínio com alma de Aço DUP: Declaração de utilidade Pública SCG: Concessões e Autorizações de Geração SCT: Concessões e Autorizações de Transmissão SPT: Sondagem a Percussão ELU: Estados-Limite Último ELS: Estados-Limite de Serviço SOMA: Serviço e Orientação Meio Ambiente 8 GLT: Grupo de Linhas de Transmissão 9 Sumário 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12 1.1. CONTEXTO ................................................................................................. 12 1.2. OBJETIVOS ................................................................................................. 17 1.2.1. Objetivo geral......................................................................................... 17 1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................. 17 1.3. JUSTIFICATIVA ........................................................................................... 17 1.5. ESTADO DA ARTE ...................................................................................... 18 2. PROJETOS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO NO BRASIL .............................. 21 2.1. FLUXOGRAMA ............................................................................................ 22 2.2. TOPOGRAFIA .............................................................................................. 23 2.2.1. Estudo e apresentação de três alternativas de traçado ......................... 23 2.2.2. Levantamento topográfico plani-altimétrico ........................................... 23 2.2.3. Planta do traçado ................................................................................... 24 2.2.4. Planta e perfil do eixo da LT .................................................................. 24 2.3. PROJETO ELETROMECÂNICO .................................................................. 24 2.3.1. Critérios básicos de projeto ................................................................... 25 2.3.1.1. Norma a ser utilizada no projeto ......................................................... 25 2.3.1.2. Velocidade dos ventos adotada ......................................................... 25 2.3.1.3. Condições atmosféricas ..................................................................... 26 2.3.1.4. Critérios básicos de locação de suportes ........................................... 26 2.3.1.5. Definição dos esforções mecânicos ................................................... 26 2.3.2. Planta e perfil com plotação das estruturas ........................................... 27 2.3.3. Árvore de carregamento das estruturas ................................................ 27 2.3.4. Memorial descritivo ................................................................................ 28 2.3.5. Especificações de construção ............................................................... 29 2.3.6 Memorial de cálculo para a largura da faixa de servidão ....................... 29 2.3.7 Ferragens e acessórios para arranjos de ancoragem e suspensão ...... 30 2.3.8 Tipo de cabo para-raios ......................................................................... 31 2.3.9 Sinalização para inspeção aérea ........................................................... 32 2.3.10 Identificação das estruturas ................................................................... 33 2.3.11 Tabela de regulagem de cabos condutores e para-raios ....................... 34 2.3.12 Lista de materiais ................................................................................... 35 2.3.13 Projeto de instalação de amortecedores e vibrações dos cabos ........... 35 2.3.14 Medição da resistência do solo.............................................................. 36 10 2.3.15 Projeto de instalação de contrapeso ...................................................... 36 2.3.16 Projeto de aterramento .......................................................................... 36 2.3.17 Projeto de travessias ............................................................................. 38 2.3.18 Solicitação de aprovação e autorização das travessias ........................ 40 2.3.19 Emissão de “as built” ............................................................................. 40 2.4. LICENCIAMENTO AMBIENTAL .................................................................. 41 2.4.1 Requisitos para solicitação de licença prévia ........................................ 42 2.4.2 Licença de instalação ............................................................................ 42 2.4.3 Licença de operação .............................................................................43 2.5 LIBERAÇÃO FUNDIÁRIA ............................................................................ 44 2.5.1 Anuência dos proprietários .................................................................... 44 2.5.2 Pesquisa cartorial .................................................................................. 45 2.5.3 Avalição dos imóveis ............................................................................. 45 2.5.4 Indenizações.......................................................................................... 46 2.6 DUP .............................................................................................................. 46 2.7 PROJETO DE TORRES .............................................................................. 47 2.7.1 Projeto de série de torres ...................................................................... 47 2.8 SONDAGENS GEOLÓGICAS ..................................................................... 48 2.8.1 Programa de sondagens (NBR8036) ..................................................... 49 2.8.2 Sondagens geológicas a trado .............................................................. 49 2.8.3 Relatório das sondagens ....................................................................... 50 2.9 PROJETO CIVIL DAS FUNDAÇÕES ........................................................... 52 2.9.1 Definições dos critérios das fundações ................................................. 52 2.9.2 Tipo de fundação ................................................................................... 53 2.9.3 Elaboração do projeto das fundações ................................................... 54 3 CÁLCULOS ELÉTRICOS .................................................................................. 56 3.1. RESISTÊNCIA, INDUTÂNCIA E CAPACITÂNCIA ....................................... 56 3.1.1. Indutância .............................................................................................. 56 3.1.2. Capacitância .......................................................................................... 59 3.1.3. Resistência ............................................................................................ 60 3.2. CÁLCULOS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO ............................................. 62 3.3. COMPENSAÇÕES DE TENSÕES E ÂNGULOS NA LINHA DE TRANSMISSÃO ..................................................................................................... 65 3.3.1. Compensação em derivação ................................................................. 66 3.3.2. Compensação-série ............................................................................... 67 11 4. PLANILHA ELETRÔNICA ................................................................................. 68 5. TESTES E RESULTADOS ................................................................................. 70 5.1. VALIDAÇÃO DA PLANILHA ........................................................................ 70 5.2. SIMULAÇÕES .............................................................................................. 74 6. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 78 7. REFERÊNCIAS .................................................................................................. 79 12 1. INTRODUÇÃO 1.1. CONTEXTO A energia elétrica se tornou uma das principais fontes de luz, calor e força utilizada no mundo moderno, proporcionando uma melhor qualidade de vida à população, alimentando máquinas que ativam as indústrias e movimentando o comércio. Grande parte dos avanços tecnológicos que alcançamos se deve à energia elétrica, que é gerada em diferentes regiões, e transportada em longas distâncias para alimentar os centros consumidores, em complexos sistemas de transmissão (ELETROBRAS, 2014). As Linhas de Transmissão (LT’s) são um dos principais elementos do sistema elétrico brasileiro, pois fazem a interligação entre a geração e distribuição ou entre linhas existentes para interligação dos sistemas, elementos normalmente separados por uma razoável distância. Por isso faz-se necessário um sistema de transmissão estável e com uma grande capacidade de transporte de energia (LUSTOSA, 2009). Em 1882 foi inaugurada por Thomas Edson a central elétrica de Pearl, para fornecimento de iluminação publica em Nova York. Começaram a surgir os primeiros problemas de transporte de energia, pois a energia era gerada e consumida em Corrente Contínua (CC). As perdas no transporte de energia elétrica eram por efeito joule e queda de tensão pela resistividade dos condutores. Para sanar esse problema eram necessários condutores de secção maiores, tornando-se inviável sua implantação, fazendo com que as novas centrais de energia estivessem próximas dos centros de consumo. Naquele tempo as maiores fontes produtoras de energia ficavam fora de alcance, pois não havia como transportar esses blocos de energia a grandes distâncias, uma vez que a eletricidade era consumida na tensão em que era produzida (FUCHS, 1979). O transformador foi inventado por volta dos anos 1884/1885, possibilitando a elevação e o abaixamento de tensão, facilitando o transporte de energia e diminuindo as perdas por queda de tensão. A invenção dos motores de indução por Ferraris e Tesla, entre os anos de 1885 e 1888, foi o que deu uma grande vantagem da corrente alternada para a corrente contínua. Aos poucos foram trocando os sistemas de CC por CA, no entanto não foi completamente substituído, pois para algumas aplicações específicas a CC era mais vantajosa (FUCHS, 1979). 13 Com essa vantagem no transporte de energia os sistemas em CA foram crescendo continuamente e assim os grandes potenciais elétricos poderiam ser acessados, transportando a energia a longas distâncias. A primeira LT de 230KV foi construída no ano de 1936 e somente 26 anos depois a primeira LT de 500KV entrou em operação. No Brasil a primeira linha de transmissão a entrar em operação foi no ano de 1883, constando como a linha mais longa do mundo na época, somente em 1945 foi construída a primeira linha de 230KV (FUCHS, 1979). O plano nacional de energia (PNE) mostra um panorama dos estudos realizados e das perspectivas futuras dos recursos disponíveis, tem como objetivo o planejamento do desenvolvimento energético do país, orientando as tendências futuras da expansão do setor energético. O PNE é dividido em PNE 2030 e PNE 2050, onde mostram as prospectivas futuras da expansão do setor energético nacional (EPE, 2008). O plano decenal de energia (PDE) 2023 mostra uma perspectiva futura da demanda e oferta de recursos em um período de 10 anos. Tanto o PDE quanto o PNE são instrumentos de suma importância para o planejamento do setor energético brasileiro, para que se possa desenvolver uma estratégia que acompanhe o crescimento do país (EPE, 2014). Os estudos do PDE 2023 são realizados com base em que a economia mundial tem um fraco crescimento ao longo dos próximos anos, onde os países desenvolvidos tentam se reestruturar economicamente, influenciando o comércio mundial com a estagnação. Os estudos baseiam-se também nos leilões de energia realizados até o final de 2013 com um total de 7.200 MW e tendo sido licitado em 2013 um total de 10.000 km de linhas de transmissão (EPE, 2014). TABELA 1.1: CONSUMO DE ELETRICIDADE NA REDE POR CLASSE FONTE: EPE, 2014. 14 FIGURA 1.1: REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA PROJEÇÃO DE DEMANDA DE ENERGIA DO PDE 2023 FONTE: EPE, 2014. A matriz energética brasileira é composta principalmente de fontes renováveis, com notoriedade a geração hidráulica, com 64,9% de toda a oferta de energia. A energiagerada através de fontes renováveis representam quase 80% de toda a oferta de energia no Brasil, sendo ela gerada internamente e importada de fontes de origem renovável. O setor energético cresceu 12,6% em relação a 2012, com uma ligeira alta no setor industrial e uma alta de 6,2% no consumo residencial e 4,8% nos demais setores (EPE, 2014). FIGURA 1.2: OFERTA INTERNA DE ENERGIA ELÉTRICA POR FONTE FONTE: EPE, 2014. 15 A geração de energia elétrica no ano de 2013 teve um aumento de 3,2% em relação ao ano anterior, a principal fonte de energia primária do Brasil continua sendo a energia hidráulica, porém houve uma diminuição na geração de 5,9% em relação a 2012. Houve o incremento das energias eólicas, biodiesel e cana-de- açúcar, todas com um aumento superior a 7,4% com um destaque a eólica que teve um aumento de 16,5% em sua produção (EPE, 2014). TABELA 1.2: PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA POR TIPO DE FONTE FONTE: EPE, 2014. TABELA 1.3: PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA POR FONTE (%) FONTE: EPE, 2014. 16 O sistema interligado nacional (SIN) do Brasil é um dos únicos no mundo desse porte. Vale ressaltar que esse sistema interliga todas as regiões brasileiras conforme a figura abaixo, e somente 1,7% da energia nacional encontrasse fora do SIN em regiões de difícil acesso na Amazônia (ONS, 2014). Vemos que os sistemas de transmissão de energia do Brasil variam de 138KV ate 750KV em corrente alternada, salvo as linhas de 600KV e 800 KV em corrente contínua. Temos hoje um total de mais de 106.000 km de linhas já construídas e em operação no SIN, sendo 45% dessas linhas em 230KV (ONS, 2012). FIGURA 1.3: MAPA DO SIN HORIZONTE 2014-2015 FONTE: ONS, 2014. 17 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. Objetivo geral O objetivo desse trabalho é realizar um estudo das etapas necessárias para conceber projetos de linhas de transmissão trifásicas aéreas com ênfase no cálculo dos parâmetros elétricos das linhas, utilizando uma planilha eletrônica de cálculo para verificação dos parâmetros com base em um projeto de LT real. 1.2.2. Objetivos específicos Os objetivos específicos são: Desenvolver um documento que seja o início de um manual que contenha as etapas necessárias para realizar projetos de linhas de transmissão trifásicas aéreas no Brasil; Desenvolver uma planilha eletrônica capaz de calcular os parâmetros elétricos de linhas de transmissão trifásicas; Realizar comparações entre os valores calculados pela planilha e projetos ou informações existentes de linhas de transmissão. 1.3. JUSTIFICATIVA O trabalho tem como diferencial o desenvolvimento de um estudo para a elaboração de projetos de linhas de transmissão de corrente alternada e a utilização de uma planilha eletrônica simples, que pode ser utilizada facilmente para calcular os parâmetros elétricos de uma linha de transmissão trifásica aérea. Tal planilha contará com especificações e procedimentos técnicos destinados a segurança e eficácia no cálculo de modo simples e barato, sendo que supostamente os aplicativos relacionados são caros e sofisticados. Pretende-se que este trabalho represente um marco inicial que permitirá a elaboração de um manual para projetos de linhas de transmissão trifásicas, pois facilita na disseminação do estado da arte sobre o desenvolvimento de projetos de linhas de transmissão. 18 1.4. METODOLOGIA As etapas empregadas no desenvolvimento do trabalho são apresentadas no fluxograma da figura 1.4. FIGURA 1.4: FLUXOGRAMA DA METODOLOGIA FONTE: AUTOR. 1.5. ESTADO DA ARTE Nesta subdivisão será apresentada uma breve revisão sobre a bibliografia já encontrada sobre manuais de projetos de linhas de transmissão e sobre o cálculo de parâmetros elétricos. Conforme realizamos pesquisas não encontramos nenhum manual completo sobre todas as etapas necessárias para a realização de um projeto executivo de linhas de transmissão, apenas encontramos esse material fracionado. O instrumento mais utilizado por projetistas de linhas de transmissão nos dias de hoje é um software chamado PLS-CADD, com ele é possível realizar um projeto completo com dados como velocidades dos ventos, temperaturas e cargas nas estruturas, utilizando o pacote completo dele é possível: realizar a plotação de estruturas; mudar o tipo de estrutura visando um menor custo; 19 calcular flechas; cálculo do terreno; calcular distância de segurança; tensões; cargas; desenho completo de um projeto de linha de transmissão. As normas técnicas têm como objetivo a padronização da execução de diversos tipos de serviços e produtos, garantindo ao consumidor satisfação e segurança. Tanto para projetos quanto para construção de linhas de transmissão no Brasil, o que garante a qualidade dos serviços são as Normas Brasileiras (NBR’s), criadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). A NBR que rege os projetos de LT’s é a NBR5422 – Projeto de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica. Nela contém: normas complementares – relação de normas para a correta padronização de serviços e materiais de uma LT; definições – linguagem mais utilizada por engenheiros; parâmetros meteorológicos – todas as definições assim como tabelas e fatores para correção; cabos condutores e para-raios -- define os padrões e as normas relativas que os condutores e para-raios devem se enquadrar, como carga, temperatura e flecha dos cabos; isoladores e ferragens – especificações para a elaboração do projeto bem como as normas complementares; suportes e fundação – cita as normas que o projeto de fundação e os suportes devem seguir, e uma breve descrição das hipóteses de carga e tipo de fundação; esforços mecânicos – cita os esforços a que toda a estrutura esta submetida e todo o método de cálculo destes esforços; aterramento – apenas recomendações sobre o aterramento, pois o mesmo deve ser feito de acordo com o projetista da linha; distância de segurança – demonstra como calcular a distância de segurança; travessias – cita todos os tipos de travessias e os critérios a serem utilizados; 20 faixa de segurança – método de cálculo para uma ou mais linhas; sinalização – indica quais NBR’s devem ser consultadas. A apostila de FURNAS(FURNAS, 2006) contém uma breve descrição sobre os procedimentos para a construção de linhas de transmissão, ela relata sobre noções de eletricidade e do sistema elétrico brasileiro até as fases de projeto e construção de LT’s. Descreve de uma forma bem sucinta as principais etapas para estudos ambientais e a elaboração dos projetos básico e executivo. Considera o meio em questão onde será implantada a LT, citando como realizar um levantamento de campo para a escolha do traçado. Além disso, encontramos muitas dissertações sobre aspectos bem específicos tanto do projeto como da construção da LT, como topografia, cálculos dos parâmetros elétricos através de tensões e correntes nos terminais, projeto eletromecânico. A bibliografia utilizada ainda nos dias de hoje é o livro transmissão de energia elétrica – linhas aéreas do Rubens Dario Fuchs, uma edição de 1979. Outro livro utilizado é do Willian D. Stevenson “Análise de Sistemas de Potência” de 1986, que aborda temas como: transformadores, maquinas elétricas, linhas de transmissão trifásicas. 21 2. PROJETOS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO NO BRASIL Para o desenvolvimento desse capitulo, foram realizadas algumas entrevistas com especialistas na área de projetos elétricos de linhas de transmissão áreas, no apêndice do trabalha é comentado sobre a realização dessas entrevistas. Outro ponto a se comentar desse capitulo, é que não é comentado sobre segurança da parte de projeto. De acordo com uma entrevistarealizada com o engenheiro projetista de linhas de transmissão Aurino Atsushi Sigaki (Sigaki, 2014) as etapas para a realização de um projeto de uma LT são as seguintes: FIGURA 2.1: PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UMA LT FONTE: P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992. 22 2.1. FLUXOGRAMA Na figura 2.2 é apresentado um fluxograma que descreve as etapas de um projeto de linhas de transmissão aéreas, sendo que as etapas estão organizadas em ordem cronológica. FIGURA 2.2: FLUXOGRAMA DE PROJETO DE LT’S FONTE: SIGAKI, 2014. 23 2.2. TOPOGRAFIA Tem como objetivo realizar o levantamento do terreno, medindo desníveis, ângulos e distâncias onde será implantado a LT para que assim possam ser representadas em uma escala adequada todas as imperfeições do terreno que possam gerar possíveis alterações de projeto. Utiliza-se de medidas lineares para calcular: áreas e coordenadas para posteriormente serem passadas para as plantas do traçado e do perfil, onde no caso de linhas de transmissão auxiliam para a correta localização de estruturas (VEIGA, ZANETTI, FAGGION, 2012). 2.2.1. Estudo e apresentação de três alternativas de traçado Para a escolha do traçado utilizam-se cartas geográficas, imagens de satélite e visitações “in loco”, visando o conhecimento de possíveis projetos futuros que possam estar interferindo com o traçado da LT, podendo gerar conflitos. Os estudos de traçado consideram além de aspectos técnicos, econômicos e ambientais o tipo de solo, desapropriações, travessias, proximidade a áreas densamente populosas, entre outros (FURNAS, 2006). É conveniente afastar as LT’s de áreas populosas, estradas e principalmente rotas turísticas, pois para quem a projeta ela pode ser considerada uma obra de arte, porém para as demais pessoas pode ser considerada uma poluição visual (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). Definido as três melhores hipóteses de traçado é realizado um estudo com o intuito de determinar qual teria o menor custo com o menor impacto ambiental, para implantar o traçado escolhido e elaborar a planta e perfil desse corredor preferencial (FURNAS, 2006). 2.2.2. Levantamento topográfico plani-altimétrico No levantamento topográfico planialtimétrico são localizados os pontos de vértices visando representar os desníveis entre elas. Para realizar o levantamento topográfico são utilizados equipamentos como estações totais, laser scanner 3D e receptores RTK para cálculo de coordenadas e altitudes (SIGAKI, 2014): Para cálculo de coordenadas x, y e z; 24 A técnica utilizada para o levantamento planialtimétrico consiste em obter uma sequência de pontos sucessivos no eixo do traçado escolhido, interferências como redes de distribuição, cercas, estradas, matas, arvores, rios. E quando o desnível lateral for significativo é necessário fazer o levantamento do perfil lateral (SIGAKI, 2014). FIGURA 2.3: LEVANTAMENTO DO TRAÇADO FONTE: VEIGA, ZANETTI, FAGGION, 2012. 2.2.3. Planta do traçado Representação gráfica do traçado da LT, revelando as interferências existentes, vértices e alinhamento das estruturas. Nessa etapa que são fornecidos os quadros de coordenadas dos vértices (OLIVEIRA, 2014). 2.2.4. Planta e perfil do eixo da LT Representação gráfica onde são indicados os limites das propriedades atravessadas pela LT, os obstáculos na faixa de servidão, as travessias que obstruem a LT e a representação do relevo (OLIVEIRA, 2014). 2.3. PROJETO ELETROMECÂNICO O projeto eletromecânico compreende todos os cálculos para o correto dimensionamento de estruturas, memoriais de cálculo, dimensionamento de cabos condutores e para-raios, lista de materiais, entre outros (SIGAKI, 2014). 25 2.3.1. Critérios básicos de projeto 2.3.1.1. Norma a ser utilizada no projeto A norma utilizada para projetos depende sempre da concessionária para quem a linha será construída. Ela quem determina os critérios que devem ser respeitados para a realização do projeto. Normalmente utiliza-se para projetos de LT a NBR5422 – Projetos de linhas de transmissão aéreas de energia elétrica, que oferece para uso comum as regras e diretrizes para a realização de projetos de LT reconhecido por um órgão público (SIGAKI, 2014). 2.3.1.2. Velocidade dos ventos adotada A velocidade dos ventos nas estruturas é retirada através de dados meteorológicos da região de implantação da linha, caso não haja dados disponíveis esse cálculo é feito utilizando-se normas técnicas (ABNT NBR5422, 1985). Utiliza-se a fórmula: 2.1 Onde: Vp - Velocidade do vento de projeto. Kr - Coeficiente de rugosidade do terreno. Kd - Relação entre os valores médios de vento a 10 metros de altura do solo, para diferentes períodos de integração e rugosidade do terreno. H - Altura da estrutura. n - Coeficiente para correção da velocidade dos ventos em função da altura. Vt - Velocidade do vento referido a um período de retorno T. TABELA 2.1: COEFICIENTE DE RUGOZIDADE DO TERRENO FONTE: ABNT NBR5422, 1985. 26 2.3.1.3. Condições atmosféricas Realiza-se a coleta de dados meteorológicos no local da implantação da LT, como: temperaturas máximas e mínimas, nível isoceráunico, velocidade média e máxima dos ventos, entre outros (FURNAS, 2006). Todos esses fatores são necessários para definição do tipo dos isoladores utilizados, limites térmicos dos condutores, cálculo probabilístico do número de saídas de operação, nível de isolamento e condições de lançamento do para-raios e condutor. Caso não haja dados meteorológicos confiáveis, esses fatores podem ser obtidos através das normas técnicas ABNT NBR5422 (FURNAS, 2006). 2.3.1.4. Critérios básicos de locação de suportes Para a definição do projeto de fundação é realizado a locação de cada estrutura para a realização da sondagem geológica de modo a se escolher o projeto de fundação adequado para cada tipo de solo. Obtêm-se ainda as seções diagonais para definição das pernas das estruturas, quando exigido poderá ser realizado a medição da resistividade do solo (SIGAKI, 2014). 2.3.1.5. Definição dos esforções mecânicos Os esforços mecânicos a que os cabos de uma LT estão submetidos e devem ser dimensionados para suportar, são os seguintes (ABNT NBR5422, 1985): Cargas de ventos – São as cargas atuantes devido a ação do vento, sobre estruturas, cadeias de isoladores e cabos; Cargas permanentes – Atuam sobre toda a LT e não variam durante toda sua vida útil, como: peso dos componentes da linha e esforços transversais a que estão submetidos os cabos nas estruturas devido às configurações de suspensão e ancoragem; Cargas especiais – Cargas que aparecem durante a construção da linha e manutenção dela, como: peso dos trabalhadores, fenômeno de cascata (queda sucessiva das estruturas). Para maiores informações sobre os métodos de cálculo das cargas em LT’s, o leitor pode consultar a norma NBR5422 (ABNT NBR5422, 1985). 27 2.3.2. Planta e perfil com plotação das estruturas Uma L.T é composta por vários projetos, e a “planta e perfil”, do ponto de vista construtivo, seria o projeto que reúne a maior quantidade de informações necessárias para as atividades de campo, pois este projeto tem como função principal representar o perfil da linha com as estruturas plotadas e mostrar todo o meio ambiente local, as características do terreno, seus elementos, e indica também o nome dos proprietários dos locais onde a linha passa (OLIVEIRA, 2014). Como o nome diz, ela é dividida em duas partes, a planta e o perfil do terreno, na primeira parte são inseridos todos os elementos que cruzam com a linha, exemplo, rede de distribuição, cercas de arame, rios, rios rodovias, outras L.T emostram as deflexões da L.T com seus respectivos ângulos e sentidos, na segunda parte têm o perfil da linha, com os desníveis do terreno, as alturas das torres e a representação da catenária dos cabos (KALUCZ, 2014). A primeira atividade quando se vai construir uma L.T e a conferência do perfil, atividade que consiste em conferir em campo as informações contidas na planta e perfil, sendo as principais conferências: alinhamento, distância entre os vãos e desnível entre as estruturas (OLIVEIRA 2014). 2.3.3. Árvore de carregamento das estruturas A árvore de carregamento das estruturas é um diagrama da estrutura com as hipóteses de cálculo de carregamento, ou seja, as forças atuantes na estrutura. Normalmente utiliza-se um software específico para esse tipo de cálculo (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). Os esforços atuantes nas estruturas são divididos em três tipos: esforços verticais – devido ao peso dos componentes da LT e sua manutenção; esforços transversais – devido a tração nos cabos e a ação do vento; esforços longitudinais – devido a tração de um condutor rompido na hipótese de vento reduzido. 28 FIGURA 2.4: EXEMPLO DE ÁRVORE DE CARREGAMENTO NAS ESTRUTURAS FONTE: (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). Depois de elaborada a árvore de carregamento das estruturas os valores de carga devem ser recalculados utilizando coeficientes de segurança e assim montar uma nova árvore de carregamentos. Utilizam-se os seguintes fatores de segurança para cada tipo de carga conforme a tabela a seguir (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992): TABELA 2.2: COEFICIENTES DE SEGURANÇA FONTE: (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 2.3.4. Memorial descritivo É um documento que tem como objetivo fornecer informações sobre a construção da LT. Nele são contidas informações como (CAVASSIN, 2013): características da LT: nível de tensão utilizado, comprimento da LT, tipo de condutor e para-raios, cabo auxiliar, aterramento, isolamento, tipo de estruturas e disposição dos condutores; serviços a serem realizados: descreve brevemente como executar todos os serviços para a construção da LT, tais como: mobilização, corte de árvores, execução das fundações, montagem das estruturas, lançamento e regulagem de cabos, entre outros; materiais: descreve os materiais que serão utilizados na LT; 29 inspeção: descreve os critérios e ensaios utilizados para a inspeção dos materiais a serem utilizados na construção da LT; relação de desenhos: fornece todos os documentos e desenhos que serão utilizados na construção da LT. 2.3.5. Especificações de construção É considerado por todos os engenheiros de obras a “bíblia” da construção, pois consta a maneira que todas as atividades de construção devem ser executadas, de forma objetiva este texto tem a função de orientar o construtor da maneira a proceder durante a construção da L.T (OLIVEIRA, 2014). 2.3.6 Memorial de cálculo para a largura da faixa de servidão A largura mínima da faixa de servidão é calculada levando-se em conta o balanço dos cabos condutores de energia elétrica devido à ação dos ventos, efeitos elétricos e o local da fundação de suportes e estais, e é dada pela fórmula (SIGAKI, 2008): 2.2 Onde: L - Largura mínima da faixa de segurança; b - Distância horizontal do eixo de suporte ao ponto de fixação do condutor mais afastado desse eixo; d - Soma das projeções horizontais da flecha do condutor e do comprimento da cadeia de isoladores, após seu deslocamento angular β devido à ação dos ventos; D – Du/150, em metros; Β - Ângulo de balanço da cadeia e do condutor. A determinação do ângulo de balanço β é calculado por: 2.3 Onde: K - parâmetro obtido da Figura 7 da NBR – 5422 q0 - pressão dinâmica de referência (kgf/m 2 ) d - diâmetro do condutor (m) p - peso unitário do condutor (kg/m) 30 Vg - vão gravante (m) Vm - vão médio (m). Para tensões superiores a 230KV, a faixa de servidão deve ser verificada quanto a aspectos como: ignição de combustíveis, níveis de radio interferência, ruído audível e interferência na recepção da TV(ABNT NBR5422, 1985). 2.3.7 Ferragens e acessórios para arranjos de ancoragem e suspensão As ferragens e acessórios são o conjunto de peças utilizadas para dar sustentação aos cabos nos arranjos de ancoragem e suspensão. Seu projeto e de suma importância dentro da construção de uma LT, pois o mau dimensionamento do mesmo pode reduzir a vida útil da LT e causar vários estragos (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). Atualmente essas peças são projetadas para não ter nenhum tipo de rugosidade e ponta, pois podem causar rádio interferência e diminuem a vida útil da mesma pelo efeito corona. Outro ponto importante no projeto é que os materiais tenham afinidade eletroquímica entre si para que não ocorra uma corrosão galvânica (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). As cadeias de suspensão devem ser projetadas para sustentar os condutores e transmitir para a estrutura toda essa carga, na parte superior normalmente utiliza- se um conector bola garfo em conjunto com uma manilha e na parte inferior utiliza- se grampos (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). FIGURA 2.5: CADEIA DE SUSPENSÃO CONVENCIONAL FONTE: (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 31 As cadeias de ancoragem são mais solicitadas mecanicamente, pois ficam praticamente na posição horizontal e devem suportar todos os esforços axiais causados pelos cabos condutores. Os cabos são presos aos isoladores através de grampos de tensão, utilizam-se também grampos de passagem, permitindo assim a passagem do cabo por eles sem o seu corte. Devido ao seu modelo não são muito empregados em extra-alta tensões (EAT), pois não são considerados anti corona (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). FIGURA 2.6: CADEIA DE ANCORAGEM CONVENCIONAL FONTE: (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 2.3.8 Tipo de cabo para-raios O cabo para-raios ou cabo guarda tem como função proteger as instalações de uma L.T contra as descargas atmosféricas. Todas as estruturas que compõem uma L.T são aterradas e a medida da resistência do aterramento deve ficar abaixo de 20Ω, o para-raios é conectado em todas as estruturas criando um circuito paralelo (KALUCZ, 2014). Normalmente, o cabo utilizado como para-raios é o cabo de aço na bitola 3/8, porém nas chegadas e saídas das S.E tem sido usados cabos CAA (cabos de alumínio com alma de aço) para melhor proteção destas instalações e também o cabo OPGW, que possui fibras óptica em seu interior, e por isso reúne duas funções, proteger as instalações e de telecomunicação (KALUCZ, 2014). 32 2.3.9 Sinalização para inspeção aérea A pintura dos suportes é realizada nas cores laranja e vermelha, onde o laranja representa uma advertência ao piloto de aeronave para se colocar a uma distância segura, e a cor vermelha representa obstáculo iminente, devendo todas as linhas serem pintadas para os dois sentidos de voo da aeronave (ABNT NBR6535, 2005). No cruzamento de linhas devem ser pintados os suportes da linha inferior, obedecendo aos seguintes critérios: Pintar no mínimo dois suportes adjacentes ao cruzamento; O trecho de linha antes e depois do cruzamento deve ser numericamente igual a oito vezes a diferença das alturas dos cabos mais elevados das duas linhas no ponto de cruzamento devem ser pintados; É pintada no mínimo à metade superior dos suportes; O suporte adjacente ao cruzamento é pintado na cor vermelha e os demais são pintados na cor laranja, segundo os padrões de cores da tabela A.1 presentena NBR 6535; Não devem ser pintados dispositivos de escalada; Se o numero de suportes entre cruzamentos consecutivos for menor ou igual a três, todos os suportes devem ser pintados de vermelho. A sinalização por placas de advertência deve ser utilizada em complemento ou substituição da pintura dos suportes. Devem-se instalar as placas sempre na parte superior do suporte acima do último condutor. Deve ser localizada sempre que possível o mais a direita para a melhor visualização para o piloto de aeronave (ABNT NBR6535, 2005). A sinalização por placas e feita sempre dois suportes anterior ao obstáculo. Quando houver o paralelismo de duas LT’s serão sempre sinalizadas as duas, dois suportes antes do inicio do paralelismo (ABNT NBR6535, 2005). A sinalização por esferas é realizada com esferas de diâmetro 600mm e de cores vermelha ou laranja conforme o tipo de sinalização. São sinalizados os cruzamentos de linhas, onde as esferas ficarão no ultimo condutor e espaçadas de 30m uma da outra. Se houver mais de um condutor de maior altura ou para-raios as esferas são distribuídas de forma alternada entre eles, sendo a intermediária 33 colocada no ponto de cruzamento com o eixo da linha inferior (ABNT NBR6535, 2005). FIGURA 2.7: SINALIZAÇÃO POR MEIO DE PINTURA DOS SUPORTES, INSTALAÇÃO DE PLACAS E ESFERAS FONTE: ABNT NBR6535, 2005. Para maiores informações sobre sinalização aérea de linhas de transmissão consultar NBR 6535. 2.3.10 Identificação das estruturas A sinalização da LT para identificação de ramal é feita antes do início e do termino do ramal da LT, nas estruturas da LT adjacentes aos pontos de derivação do ramal, na saída e entrada das subestações, nos suportes adjacentes onde houver uma melhor visibilidade para as travessias, em zonas urbanas, onde houver dificuldade para identificar a LT e nos suportes comuns a mais de uma LT (ABNT NBR8664, 1984). Deve ser colocado na parte superior dos suportes, o mais próximo da LT correspondente para que possa ser visualizado durante uma inspeção aérea. Também se deve colocar uma placa para identificação na parte inferior do suporte para que possa ser visto por um terceiro ou alguma equipe que realize a manutenção da linha, estando situada ao nível do solo a uma distância de 5m do suporte. Na parte superior dos suportes na saída de chegada da LT voltada para a aérea externa da subestação (ABNT NBR8664, 1984). 34 A identificação das fases é feita no início e término da LT, no pórtico da subestação, nos suportes adjacentes a transposição e no suporte do ramal adjacente ao ponto de derivação. A localização dessa identificação deve ser feita na saída dos pórticos o mais perto possível da fase correspondente na parte superior dos pórticos (ABNT NBR8664, 1984). Todos os suportes da LT são identificados com placas. Também são identificadas as faixas de acesso por meio de sinalizações nas extremidades da faixa espaçadas de forma que não haja a invasões de terceiros e para que a turma de manutenção possa visualizar com facilidade, para uma melhor garantia de visualização pode ser instalada na parte inferior dos suportes. Locais onde passam rodovias federais, estaduais e bifurcações onde tem acesso aos suportes deve ser feita a sinalização conforme orientação dos órgãos competentes (ABNT NBR8664, 1984). FIGURA 2.8: EXEMPLO DE SINALIZAÇÃO DAS ESTRUTURAS FONTE: FUCHS, 1992. 2.3.11 Tabela de regulagem de cabos condutores e para-raios Os cabos condutores e para-raios são instalados e tensionados seguindo os valores de projetos, porém esta tração varia de acordo com a temperatura, quanto maior a temperatura menor a tração, então é construída uma tabela com valores de temperatura e suas respectivas trações, de modo que, quando os cabos forem regulados, verifica-se a temperatura naquele instante e aplica-se a tração correta, de 35 acordo com a norma NBR 5422 o cabo deve permanecer com a tração EDS de 20% da tração de ruptura para cabos CAA (KALUCZ, 2014). 2.3.12 Lista de materiais Lista que contém todos os materiais necessários para a construção da L.T, desenvolvida juntamente com o projeto, é uma lista extensa e detalhada, pois deve conter de forma esmiuçada todos os itens que compõem a L.T, esta lista será referência para a aquisição dos materiais no mercado (OLIVEIRA, 2014). 2.3.13 Projeto de instalação de amortecedores e vibrações dos cabos A ação dos ventos sobre as L.T’s provoca oscilações dos condutores, as quais, se não forem amortecidas, poderão chegar a valores críticos, culminando com o rompimento dos cabos, seja pela fadiga, seja pelo efeito de grande amplitude, e até podendo afetar seriamente os suportes. A intensidade de vibrações dos condutores depende essencialmente da tensão mecânica a que os mesmos estão sujeitos e das características topográficas das regiões atravessadas pela linha de transmissão (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). Como dispositivos, recomendam-se, pela eficácia, os amortecedores Stockbridges e as pontes antivibratórias tipo festão. As linhas de transmissão podem ser afetadas diferentemente por vibrações, dependendo da topografia do terreno e da classe de tensões dos condutores. Os amortecedores Stockbridge, extensivamente usados no Brasil, tem sido bastante eficazes, quando são colocados dois amortecedores por vão, um em cada terminal, para vãos em torno de 500 m (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). As medidas efetuadas por Furnas mostraram que a amplitude de vibração foi amenizada em dez vezes e, consequentemente, o ângulo característico de vibração ficou abaixo de 5’, proporcionando uma vida segura aos condutores. Contudo, para as seções de linha onde a tendência de vibrações é pequena e os ângulos de vibração não excedem 20’ uma redução de três quatro vezes na amplitude é totalmente adequada para excluir o perigo de danos para os condutores (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 36 Os amortecedores devem ser, na medida do possível, posicionados de forma a atingirem a máxima eficácia numa ampla faixa de condições ambientes compreendendo diferentes frequências, comprimentos de ondas e velocidades do vento (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 2.3.14 Medição da resistência do solo Há duas formas básicas de se medir a resistividade do solo, uma é realizada analisando amostras do solo em laboratório e localmente com a utilização de eletrodos (VISACRO, 2002). A forma local de medir a resistividade pode ser feita com o método de Frank Wenner, que utiliza quatro hastes em linha cravadas no solo, aplicasse corrente nas hastes das extremidades e mede-se a queda de tensão nas hastes internas. Outra forma é o método da haste vertical, que é menos usual (VISACRO, 2002). A medição da resistividade do solo se da com o uso de um aparelho com quatro terminais, dois de correntes e dois de tensões (VISACRO, 2002). 2.3.15 Projeto de instalação de contrapeso O contrapeso é dividido em fases, normalmente de 1 a 5, cada fase corresponde ao tamanho do cabo que será aterrado no solo, sendo que a fase 5 o aterramento de uma estrutura se liga ao aterramento da outra estrutura adjacente, ou seja, a tamanho do aterramento o próprio vão entre as estruturas (OLIVEIRA, 2014). 2.3.16 Projeto de aterramento Em uma LT, as torres de transmissão devem ser aterradas para proteção contra a energização das estruturas e também contra descargas atmosféricas. Os cabos para-raios devem ser ligados ao aterramento de cada estrutura (NOGUEIRA, 2002). Conforme a norma NBR5422, o aterramento das LTs fica a critério do projetista. A figura 2.9 apresenta uma configuração utilizando cabo de cobre nú em cada pé da estrutura da torre, a utilização do aterramento como na figura apresentaproteção contra tensão de passo (COPEL, 2012). 37 FIGURA 2.9: DETALHE DO ATERRAMENTO EM UMA TORRE DE TRANSMISSÃO FONTE: COPEL, 2012. Em geral um aterramento possui resistência, capacitância e indutância, que resultam na impedância de aterramento. A impedância de aterramento pode ser conceituada como a oposição á corrente elétrica oferecida pelo solo. Nos sistemas de baixa frequência as influências reativas são pequenas, podendo ser desconsideradas (VISACRO, 2002). Considerando o aterramento da figura 2.9, pode ser utilizado cabo de cobre nú em cada pé da torre. Considerando o cabo um eletrodo horizontal, a resistência de terra pode ser calculada pela equação 2.4 (VISACRO, 2002). 2.4 – Resistência de terra ρ – Resistividade do solo – Comprimento do cabo – Raio do cabo – Profundidade do cabo Considerando os cabos em cada pé das torres iguais e afastados um do outro, a resistência de terra é calculada pelo comprimento total dos cabos. 38 2.3.17 Projeto de travessias O projeto de travessias é realizado utilizando-se a NBR 5422 capitulo 11. As travessias citadas na norma são sobre: outras linhas de energia, linhas de telecomunicações, edificações, florestas, vias de transporte e demais vegetações presentes no traçado da LT (ABNT NBR 5422, 1985). Primeiramente é solicitada uma licença ao órgão competente para o caso de travessia sobre e sob outras linhas de transmissão e vias de transporte. Nas travessias sobre linhas de telecomunicação e sobre grandes tubulações metálicas devem-se observar os efeitos causados pela linha de transmissão, tais como, influencia eletromagnética da linha, distância segura para os efeitos dos ventos nos cabos. Nas travessias sobre vegetações devem-se obedecer às disposições legais vigentes. Nas travessias de hidrovias, ferrovias, rodovia, oleodutos e linhas de transmissão deve-se seguir os decretos correspondentes (ABNT NBR 5422, 1985). No caso de travessias sobre outras linhas energizadas e ferrovias eletrificadas deve ser mantida a distância de segurança de Du/150 onde Du é o valor da tensão da linha que permanece energizada. Travessias sobre linhas de energia de tensão menor ou igual a 34,5kV não necessitam de projeto de travessias, apenas deve ser indicado na planta e perfil da linha a altura dos cabos em relação as outras linhas de energia (ABNT NBR 5422, 1985). Todos os requisitos para a condição normal de transporte e energia e de emergência são descritos na NBR 5422 item 11. A distância segura do condutor ao solo ou a outros obstáculos em condições normais de operação é dada segundo a fórmula: 2.5 e 2.6 Du – tensão mais elevada das duas linhas consideradas A – distancia básica 39 TABELA 2.3: DISTÂNCIAS BÁSICAS “a” FONTE: ABNT NBR 5422, 1985. A distância mínima do condutor ao solo ou a obstáculos em situações de emergência e dada pela formula: 2.7 Onde: a1- distância básicas Lcad - comprimento da peça de isoladores (metros) D - distância de segurança TABELA 2.4: DISTÂNCIAS BÁSICAS “a1’ FONTE: ABNT NBR 5422, 1985. 40 Para maiores informações sobre distâncias entre condutores e demais situações consultar NBR5422 capitulo 11. 2.3.18 Solicitação de aprovação e autorização das travessias Para conseguir a aprovação das travessias deve-se apresentar ao órgão competente o projeto de travessias contendo (NBR5422, 1985): Planta da travessia em uma escala mínima de 1:2500. Contendo o nome da via de transporte, a posição do local da travessia e os nomes das localidades mais próximas da travessia, o ângulo formado pelos eixos no ponto da travessia, posição dos suportes do vão de travessia, limites da faixa de segurança e linhas de telecomunicação existentes; Perfil da travessia ao longo da linha projetada com escala mínima de 1:500. Contendo a catenária do condutor nas condições mais desfavoráveis, a distância do condutor aos objetos atravessados nas condições críticas, cercas existentes e eixo dos suportes do vão de travessia; Detalhes dos suportes utilizados, contendo o tipo e as dimensões; Detalhes da fixação dos condutores e dos cabos para-raios aos suportes de travessias, indicando suas características; Detalhes sobre as características mecânicas dos cabos condutores e para-raios; Características elétricas da linha projetada. Para maiores informações sobre que tipos de detalhes e características que devem ser apresentadas consultar NBR5422 Capitulo 11, seção 11.5.1 a 11.5.6. 2.3.19 Emissão de “as built” Após a construção da L.T, o projetista confecciona o “as built”, “como construído”, numa tradução livre, aonde será inserido no projeto todas as modificações realizadas em campo e se caracteriza como a consolidação do projeto. 41 2.4. LICENCIAMENTO AMBIENTAL O licenciamento ambiental para cada LT é realizado junto ao órgão competente de seu estado, no caso do Paraná o Instituto Ambiental do Paraná (IAP) (SIGAKI, 2014). Segundo a SOMA (Serviço e Orientação Meio Ambiente) Ambiente as etapas básicas para receber a licença ambiental são: Realização de estudos ambientais – os estudos que irão compor o Relatório Ambiental Simplificado (RAS) subsidiarão o processo, no que diz respeito ao diagnóstico e prognóstico da região em relação ao empreendimento, bem como balizá-la no processo de negociação fundiária e licenciamento junto aos órgãos ambientais competentes. Essa fase será composta pelas seguintes tarefas: identificação do empreendimento / descrição do projeto, definição de Traçado, campanhas de campo, compilação dos dados resultantes dos estudos e legislação ambiental pertinente; Elaboração do RAS – para compor o RAS é feita uma consolidação dos Estudos Ambientais realizados e uma avaliação dos impactos das alternativas de trajeto de forma a proporcionar o embasamento técnico para a escolha do traçado ideal da LT. Após a sua consolidação final tanto o RAS como os processos dele decorrentes, permitirão elaboração do Relatório de Detalhamento dos Programas Ambientais (RDPA) e a continuidade do Licenciamento do empreendimento. Os aspectos a serem avaliados no RAS são apresentados juntamente com gráficos, imagens e fotos; Elaboração do RDPA - o RDPA será estruturado por meio da descrição executiva de todas as medidas, programas e planos, contidos na Licença Prévia (LP), adotando todos os procedimentos para a plena execução do empreendimento com seus respectivos Cronogramas de implantação; Condução do processo de licenciamento junto ao IAP. 42 2.4.1 Requisitos para solicitação de licença prévia Segundo o IAP a licença prévia é concedida na fase preliminar do planejamento do empreendimento ou atividade aprovando sua localização e concepção, atestando a viabilidade ambiental e estabelecendo os requisitos básicos e condicionantes a serem atendidos nas próximas fases de sua implementação. Segundo a SOMA os requisitos básicos para se obter a licença prévia são: Requerimento de Licenciamento Ambiental (RLA); Memorial Descritivo do Empreendimento; Anuência Prévia do Município em relação ao empreendimento, declarando expressamente a inexistência de óbices quanto à lei de uso e ocupação do solo e a legislação de proteção do meio ambiente municipal, conforme modelo disposto na Resolução CEMA nº 065/2008; Viabilizar a publicação de súmula do pedido de Licença Prévia em jornal de circulação regional e no Diário Oficial do Estado, conforme modelo aprovado pela Resolução CONAMA nº 006/86; Comprovante de recolhimento da Taxa Ambiental de acordo com as Tabela I (procedimentos administrativos) e Tabela III (análise técnica dos estudos) daLei Estadual nº 10.233/92; Apresentação de cópia da(s) respectivas ART(s) - Anotação(s) de Responsabilidade Técnica dos profissionais habilitados. Cadastro de Obras Diversas – COD; Relatório Ambiental Simplificado - RAS; Apresentação, do pedido (protocolo) de outorga prévia dos recursos hídricos ao órgão competente, caso se aplique. 2.4.2 Licença de instalação Segundo o IAP a licença de instalação autoriza a instalação do empreendimento ou atividade de acordo com as especificações constantes dos planos, programas e projetos aprovados, incluindo as medidas de controle ambientais e demais condicionantes, da qual constituem motivos determinantes. Segundo a SOMA os requisitos básicos para se obter a licença de instalação são: 43 Requerimento de Licenciamento Ambiental - RLA; Cópia do Ato Constitutivo ou do Contrato Social; Anuência(s) do(s) proprietário(s) envolvido(s) pela implantação do empreendimento, registradas em cartório ou Decreto de Utilidade Pública - DUP; Cópia(s) da(s) matrícula(s) do(s) imóvel(is) afetado(s) pelo empreendimento, contendo a averbação da reserva legal ou Celebração de Termo de Compromisso para regularização da reserva legal; Cópia da Licença Prévia e de sua respectiva publicação em jornal de circulação regional e no Diário Oficial do Estado, conforme modelo aprovado pela Resolução CONAMA nº 006/86; Prova de publicação de súmula do pedido de Licença de Instalação em jornal de circulação regional e no Diário Oficial do Estado, conforme modelo aprovado pela Resolução CONAMA nº 006/86; Comprovante de recolhimento da Taxa Ambiental ; Apresentação de cópia da(s) respectivas ART(s) - Anotação(s) de Responsabilidade Técnica dos profissionais habilitados. Cadastro de Obras Diversas – COD; Autorização / Concessão da ANEEL para o empreendimento, quando se tratar de empreendimentos com tensão igual ou superior a 230kV; Relatório de Detalhamento dos Programas Ambientais - RDPA; Apresentação da outorga prévia dos recursos hídricos, caso se aplique; Apresentação do pedido (protocolo) de autorização para supressão vegetal emitido pelo órgão competente, caso se aplique; Apresentação do pedido (protocolo) de autorização para manejo (estudos e resgate) da fauna emitida pelo órgão competente, caso se aplique. 2.4.3 Licença de operação Segundo o IAP a licença de operação autoriza a operação da atividade ou empreendimento, após a verificação do efetivo cumprimento do que consta das licenças anteriores, com as medidas de controle ambientais e condicionantes determinados para a operação; 44 Segundo a SOMA os requisitos básicos para se obter a licença de operação são: Requerimento de Licenciamento Ambiental - RLA; Cópia da Licença de Instalação e de sua respectiva publicação em jornal de circulação regional e no Diário Oficial do Estado, conforme modelo aprovado pela Resolução CONAMA nº 006/86; Cópia(s) da(s) matrícula(s) do(s) imóvel(is) afetado(s) pelo empreendimento, contendo a averbação da reserva legal; Prova de publicação de súmula do pedido de Licença de Operação ou de sua respectiva renovação em jornal de circulação regional e no Diário Oficial do Estado, conforme modelo aprovado pela Resolução CONAMA nº 006/86; Comprovante de recolhimento da Taxa Ambiental de acordo com a Tabela I (procedimentos administrativos) da Lei Estadual nº 10.233/92; Apresentação de cópia da(s) respectivas ART(s) - Anotação(s) de Responsabilidade Técnica dos profissionais habilitados. Cadastro de Obras Diversas – COD; Apresentação da outorga de direito dos recursos hídricos, caso se aplique. 2.5 LIBERAÇÃO FUNDIÁRIA Segundo a COPEL são os processos para execução de serviços técnicos especializados da engenharia de avaliação, referente à liberação da faixa de segurança de LT’s, e instituição da faixa de passagem ou desapropriação. Para cada estado as normas que regem são diferentes, nesse caso citaremos o estado do Paraná e as normas da COPEL. 2.5.1 Anuência dos proprietários Segundo a ANEEL o consentimento dos proprietários para a passagem da LT em suas terras dá-se por meio de tratativas, divididas em 5: 45 Em negociação – quando há a aceitação do proprietário a instituição de servidão de passagem em sua terra para a passagem da LT, nessa fase ainda esta ocorrendo a negociação da forma de pagamento e o valor; Negociada - quando há a aceitação por parte do proprietário a instituição de servidão de passagem em sua terra para a passagem da LT e acordo de valores, porem ainda não é averbada em cartório; Sem acordo – o proprietário não aceita a passagem da LT por suas terras, a indenização proposta ou alega outros embargos; Indenizada – valores acordados devidamente pagos devido a instituição da faixa de servidão; Adquirida – Valores acordados devidamente pagos a aquisição amigável; 2.5.2 Pesquisa cartorial Inicialmente é realizada uma análise preliminar nas plantas, memoriais descritivos e matrículas de propriedades registradas, de modo a identificar inconsistências e atualizações de: nome, prováveis proprietários, número da matrícula, confrontantes, áreas, entre outros (COPEL). Após essa análise técnica e documental preliminar, deve ser feita uma visita a cada propriedade, confirmando todos os dados analisados e realizar o levantamento de reserva legal (COPEL). A vistoria permitirá que o projetista verifique todas as informações obtidas em cartório, além de verificar a receptividade do proprietário quanto a passagem da LT, verificar informações atuais para o pagamento, além de possibilitar esclarecimento com o proprietário quanto a obra, indenizações, documentos pessoais necessários para a elaboração da escritura da servidão de passagem, usos permissíveis e restrições, entre outros (COPEL). 2.5.3 Avalição dos imóveis A avaliação dos imóveis é realizada conforme a NBR 14653, que rege o assunto. Deverá ser elaborada uma pauta de valores para cada região da linha, dividida conforme suas características, a ser analisada, discutida, complementada e aprovada. Após a aprovação da pauta de valores, segue a elaboração dos laudos individuais. 46 2.5.4 Indenizações Após o acordo de valores, o pagamento aos beneficiários dos imóveis é realizado no ato da assinatura da escritura de constituição de servidão de passagem. É necessário elaborar toda a documentação dessa escritura, bem como o efetivo registro no cartório de oficio de registros de imóveis da comarca competente e realizar o acompanhamento da efetivação da faixa de servidão em cartório (COPEL). Deve-se também fazer um levantamento e avaliação de danos causados durante os estudos e implantação da obra nas propriedades atingidas, elaborando assim um laudo de danos para cada propriedade, contendo (COPEL): Identificação da obra; Nome do proprietário; Nome do arrendatário; Identificação da propriedade; Numero da matricula; Levantamento de danos agrícolas; Levantamento de danos florestais; Levantamento das edificações/construções. As indenizações dos danos são feitas após a assinatura do recibo, com firma reconhecida em cartório. Caso o proprietário se recuse a assinar o recibo baseado na discordância nos valores dos levantamentos físicos efetuados, deve-se revisar os levantamentos a fim de dirimir controvérsias (COPEL). 2.6 DUP Segundo a ANEEL a emissão de Declaração de Utilidade Pública (DUP) para fins de desapropriação e de instituição de servidão administrativa, de áreas de terras necessárias à implantação de instalações de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, por concessionários, permissionários e autorizados é uma competência delegada à ANEEL, desempenhada pelas Superintendências de Concessões e Autorizações de Geração– SCG e de Transmissão e Distribuição – SCT. 47 Segundo a ANEEL ao requerer a DUP, o outorgado deverá encaminhar à ANEEL, o Quadro-Resumo do Levantamento e Situação das Áreas Objeto da DUP, devidamente preenchido e assinado pelo representante legal pelo empreendimento, o qual será dado publicidade no endereço eletrônico da ANEEL , a partir do recebimento da solicitação, que permanecerá disponível até 180 (cento e oitenta) dias após a publicação da Resolução Autorizativa de DUP, nos termos do Anexo I da Resolução Normativa nº 560, de 2 de julho de 2013. 2.7 PROJETO DE TORRES Após definido todas as características da linha, como, classe de tensão, corrente alternada ou contínua, numero de cabos por fase, entre outros. É a hora da escolha do tipo de estrutura a ser implantada, normalmente o critério utilizado para escolher o tipo da estrutura é o técnico-econômico, após essa decisão define-se o projeto mecânico das estruturas, ou seja, define-se a família de torres para sustentação da carga da LT(P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 2.7.1 Projeto de série de torres O projeto de torres segue uma sequência no projeto de uma LT, o projetista de estruturas necessita de alguns pré-requisitos antes de realizar o projeto das estruturas metálicas, como (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992): Árvore de carregamento das estruturas; Esquema do tipo de estrutura a ser utilizado; Características da linha (numero de condutores, para-raios, cabos por fase); Detalhes das peças de conexão dos cabos no suporte; Hipótese de ventos; Com a posse desse tipo de informações o projetista fara um pré- dimensionamento da torre. Um exemplo de uma silhueta de uma torre S3R é apresentada conforme a Figura 2.10. 48 FIGURA 2.10: SILHUETA DE UMA TORRE S3R FONTE: (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992) Há ainda duas forças que são muito importantes na determinação do tipo de estrutura e suas características. A forca do vento e o peso da própria estrutura, a primeira é estudada dividindo a estrutura em blocos menores, para um estudo pormenorizado de cada parte da torre e da influencia do vento, calcula-se assim a força aplicada à estrutura (P. R. LABEGALINI, J. A. LABEGALINI, FUCHS, ALMEIDA, 1992). 2.8 SONDAGENS GEOLÓGICAS Segundo a NBR 6484 as sondagens geológicas têm como objetivo o reconhecimento do solo, cuja sua finalidade para a construção de linhas de transmissão são: Determinação do solo e sua respectiva profundidade de ocorrência; Posição do nível de agua; 49 Índices de resistência à penetração a cada metro; De acordo com a NBR 6122 os critérios básicos para o inicio do programa de sondagens são: Visita “in loco”; Aspectos topográficos e indícios de instabilidade do declive do terreno; Observas a presença de aterros na área em questão; Observar se há indícios de contaminação no subsolo por material lançado nele ou por ocupações anteriores; Prática local de projeto e execução das fundações; 2.8.1 Programa de sondagens (NBR8036) O programa de sondagens é preparado analisando-se dois fatores básicos: quantidade e localização dos furos e profundidade mínima (ABNT NBR8036, 1983). O numero de sondagens e sua localização depende do tipo da estrutura a ser empregada e do tipo do solo encontrado, esse numero de sondagens deve ser suficiente para fornecer o mais preciso possível a mudança do tipo de solo do local em estudo (ABNT NBR8036, 1983). A locação para o furo da sondagem deve ser demarcada com um piquete de madeira, este piquete deve estar devidamente marcado com a identificação do furo e cravado no solo para que posteriormente quando estiverem executando a sondagem não haja duvidas sobre a sua localização nem a perda de piquetes (ABNT NBR8036, 1983). 2.8.2 Sondagens geológicas a trado As sondagens geológicas a trado são feitas utilizando dois tipos de trados, o trado cavadeira e o trado helicoidal. Toda sondagem deve ser inicialmente feita utilizando o trado cavadeira e a medida que for difícil o prosseguimento da sondagem deve-se utilizar o trado helicoidal. Todo o material retirado da sondagem deve ser devidamente armazenado em algum local para não contaminação do terreno superficial e devidamente agrupado em montes dispostos segundo sua profundidade a cada metro perfurado, indicando a profundidade em que foi encontrada a mudança de solo (ABNT NBR9603, 1988). 50 À distância perfurada deve respeitar a diferença entre o comprimento total das hastes e a sobra em relação a boca do furo, com precisão de 10mm. Pode ser utilizada água para ajudar na perfuração da sondagem (ABNT NBR9603, 1988). A sondagem e dada por terminada quando: Atingir a profundidade especificada na programação dos serviços; Ocorrer desmoronamentos sucessivos no furo; Quando o avanço do trado for inferior a 50mm em 10 minutos de operação continua; As amostras devem ser retiradas do solo a cada metro se o mesmo for homogêneo e a cada mudança de tipo de solo se for diferente e devem ser devidamente armazenadas em recipientes de 100 gramas hermeticamente fechado para a manutenção da umidade (ABNT NBR9603, 1988). FIGURA 2.11: TRADO CAVADEIRA (a) E TRADO HELICOIDAL (b) RESPECTIVAMENTE FONTE: (ABNT NBR9603, 1988). 2.8.3 Relatório das sondagens Segundo a NBR 6484 (ABNT NBR 6484, 2001) o relatório de sondagens deve ser devidamente elaborado por um profissional licenciado no CREA. O relatório deve conter: Nome do interessado; Local e natureza da obra; Descrição dos métodos e equipamentos utilizados para realização das sondagens; Total perfurado em metros; 51 Declaração de que foram obedecidas as NBRs; Comentários e observações que se julgarem importantes; Referencia aos desenhos constantes no relatório. Anexo ao relatório deve conter a planta do local da obra com a localização de cada sondagem amarradas com elementos físicos e bem definidos no terreno. O relatório de sondagem deve conter os perfis individuais de cada sondagem na forma de boletim descritivos (ABNT NBR 6484, 2001). Nome da empresa que executou as sondagens, o nome do contratante, local da obra, indicação do número do trabalho e os vistos do responsável pelo trabalho; Diâmetro dos aparelhos utilizados na execução das sondagens; Número das sondagens; Diâmetro dos furos de sondagem, com precisão centimétrica; Linhas horizontais cotadas a cada 5 m em relação à referência de nível; Local das amostras colhidas, devendo ser indicadas as amostras não recuperadas e os detritos colhidos na circulação de água; A profundidade em relação ao nível do solo, das transições das camadas e do final das sondagens; Índice de resistência à penetração ou relações do número de golpes pela penetração (expressa em centímetros) do amostrador; Identificação dos solos amostrados e convenção gráfica dos mesmos conforme a NBR 13441; A posição do(s) nível(is) d’água encontrado(s) e a(s) respectiva(s) data(s) de observação(ões), indicando se houve pressão ou perda de água durante a perfuração; Indicação da não ocorrência de nível de água, quando não encontrado; Datas de início e término de cada sondagem; Indicação dos processos de perfuração empregados (TH trado helicoidal, CA - circulação de água) e respectivos trechos, bem como as posições sucessivas do tubo de revestimento e uso de lama de estabilização quando utilizada; Procedimentos especiais utilizados, previstos nesta Norma; Resultado dos ensaios de avanço de perfuração por circulação d’água. 52 2.9 PROJETO CIVIL DAS FUNDAÇÕES A norma brasileira que rege o projeto civil das fundações de linhas de transmissão no brasil é a NBR6122 (ABNT NBR 6122, 2010), que estabelece os requisitos para
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