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Inovações Tecnológicas Prospecção e Linhas de Transmissão Aplicadas a Hierarquização de Alexandre Maduro-Abreu Arnoldo Rodrigo Saavedra José Alexander Araújo Leonardo Brant Murça Ricardo Ramos Fragelli Sergio de Oliveira Frontin Vinícius Barros Rêgo GLIENDER P. MENDONÇA Gerente do Projeto Pós-graduado em Direito dos Contratos pela UNIDF, atua desde 2001 no segmento de Energia Elétrica. Fez parte do quadro de funcionários da ANEEL e Eletronorte e, atual- mente, ocupa as funções de coordenador de Relações Ins- titucionais e Regulatórias e gerente dos Programas de Pesquisa e Desenvolvimento da Holding Transmissora Aliança de Energia Elétrica S.A. – TAESA. SERGIO DE OLIVEIRA FRONTIN Coordenador do Projeto Pesquisador colaborador da UnB, Engenheiro Eletricista pela Escola Nacional de Engenharia da UFRJ, Mestre em Power Sys- tems pelo Resselaer Polytechnic Institute (RPI), Troy – Estados Unidos. Trabalhou na Agência Nacional de Energia Elétrica, Furnas Centrais Elétricas S.A., Itaipu Binacional e Cen- tro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL). Ex-pro- fessor da PUC–RJ e do Instituto Militar de Engenharia. ARNOLDO RODRIGO SAAVEDRA Pesquisador do Projeto Eng. civil eletricista (equiv. M.Sc.), 1963, Universidad Téc- nica Federico Santa Maria, Val- paraíso, Chile. Atualmente con- sultor independente trabalhan- do para o ONS, na verificação de projetos de transmissão HVDC e CCAT. Foi chefe do Departamento de Planejamento e Estudos da CHI- LECTRA, Gerente de Projetos da PTEL (ex-subsidiária da PTI). Profissional Executivo da PROMON. JOSÉ ALEXANDER ARAÚJO Pesquisador do Projeto Professor Adjunto 3 do Depar- tamento de Engenharia Mecâ- nica da UnB. Engenheiro Me- cânico pela Universidade Fede- ral de Uberlândia (UFU). Mes- tre em Engenharia Mecânica pela Universidade de Brasília (UnB). Ph.D em Engineering Sciences pela University of Oxford, UK. Membro afiliado da Academia Brasileira de Ciências. Pesquisador de Produtividade Nível 2 do CNPq. Inovações Tecnológicas Prospecção e Linhas de Transmissão Aplicadas a Hierarquização de Inovações Tecnológicas Prospecção e Linhas de Transmissão Aplicadas a Hierarquização de 1ª Edição Tiragem: 3.000 livros Teixeira Gráfica e Editora BRASÍLIA 2010 Alexandre Maduro-Abreu Arnoldo Rodrigo Saavedra José Alexander Araújo Leonardo Brant Murça Ricardo Ramos Fragelli Sergio de Oliveira Frontin Vinícius Barros Rêgo Transmissora Aliança de Energia Elétrica S.A. – TAESA Praça XV de Novembro, nº 20, 10º andar. Centro – Rio de Janeiro – RJ – CEP 20.010-010 Paulo Mota Henriques Diretor Superintendente Geral Fundação de Empreendimentos Científicos e Tecnológicos – FINATEC Universidade de Brasília, Campus Universitário Darcy Ribeiro Av. L3 Norte – Edifício FINATEC Asa Norte – Brasília – DF – CEP 70.910-900 Profª Júlia Issy Abrahão Diretora Presidente Capa, projeto gráfico e diagramação: Goya Editora Revisão: Prof. Ricardo Dayan Esta publicação é parte integrante das atividades desenvolvidas no âmbito do Convênio de Cooperação Técnica e Financeira nº PT21BL/PI21NV/ETEO 331-01 de 10/08/2009 e Primeiro Termo Aditivo de 23/06/2010. Todos os direitos reservados pela FINATEC e Transmissora Sudeste Nordeste S.A. – TSN; NOVATRANS Energia S.A.; Empresa de Transmissão de Energia do Oeste S.A. – ETEO. Empresas do Grupo TAESA. Os textos contidos nesta publicação poderão ser reproduzidos, armazenados ou transmitidos, desde que citada a fonte. Fotos: Capa: Thiago Luis Gomes Capítulos 1, 2, 3, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13 e 15 – www.sxc.hu Capítulos 4, 5, 9 e 14 – TAESA/Divulgação Catalogação na fonte Centro de Documentação – CEDOC / ANEEL Prospecção e hierarquização de inovações tecnológicas aplicadas a linhas de transmissão / Sergio de Oliveira Frontin (coordenador). --- Brasília : Goya, 2010. 368 p. : il. ISBN: 978-85-88041-02-8 1. Energia elétrica, transmissão. 2. Linha de Transmissão. 3. Inovação. 4. Prospecção. 5. Hierarquização. I. Título. CDU: 621.3:62(81) TAESA: Tecnologia e Sustentabilidade Paulo Mota Henriques DIRETOR SUPERINTENDENTE GERAL DA TAESA Abusca por novas tecnologias e soluções para fazer frente às necessi-dades do mercado de forma sustentável tem sido o grande desafiodeste novo século. A evolução tecnológica vem acontecendo gra-dativamente e em proporções cada vez mais velozes, necessitando, assim, do envolvimento e atuação de toda a academia na busca de novos co- nhecimentos, soluções, produtos e serviços. A Transmissora Aliança de Energia Elétrica – TAESA, controladora integral das concessões de serviço público de transmissão de energia elétrica, Transmis- sora Sudeste Nordeste S.A.; Novatrans Energia S.A.; Empresa de Transmissão de Energia do Oeste S.A., e com participação acionária nas concessões Brasnorte Transmissora de Energia S.A. e Empresa de Transmissão do Alto Uruguai S.A., atua no mercado brasileiro de transmissão de energia elétrica, buscando prestar com excelência o serviço de transmissão, atender às normas inerentes ao setor e, ao tempo, transportar a eletricidade de forma segura, ininterrupta e com qua- lidade ao consumidor. Para tanto, faz-se necessário que a TAESA busque constante e incessante- mente novas tecnologias, com o intuito de assegurar a continuidade do forne- cimento de energia elétrica, por meio da maximização na disponibilização de suas subestações e linhas de transmissão. Assim, a TAESA procura, da melhor forma possível, gerir os recursos derivados do Programa de Pesquisa e Desen- volvimento (P&D) da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. Desde a publicação da Lei nº 9.991/2000, a Companhia investiu um alto vo- lume de recursos em pesquisa, buscando sempre reconhecer a lei como oportu- nidade de investimento sustentável e não como uma simples obrigação setorial. O conhecimento produzido pelos projetos de P&D pode se transformar em insumo de grande valor para todas as partes envolvidas, companhia, governo, sociedade, investidores e demais instituições, pois permite alcançar os melhores resultados, com destaque para a melhoria da qualidade de vida, desenvolvimento sustentável, crescimento técnico e efetiva difusão de conhecimento aplicado. O projeto de P&D “Prospecção e Hierarquização de Inovações Tecnológicas Aplicadas a Linhas de Transmissão” é exemplo de pesquisa que contribuirá com as plantas da Companhia e o fortalecimento do setor elétrico nacional. Programa de Pesquisa e Desenvolvimento da Transmissora Aliança de Energia Elétrica S.A. – TAESA. SUMÁRIO Prefácios Iniciais.......................................................................................................................13 Resumo Executivo .................................................................................................................21 CAPÍTULO 1 Implantação de Linhas de Transmissão .............................................................25 Prefácio – Os desafios da otimização integrada...........................................................................26 Objetivo.................................................................................................................................................28 As Etapas...............................................................................................................................................28 Estudos para a Expansão do Sistema de Transmissão................................................................29 Estudos de Ampliações e Reforços do Sistema Existente ..........................................................30 Leilões de Linhas de Transmissão...................................................................................................30 Contrato de Concessão do Serviço Público de Transmissão de Energia Elétrica ................32 ProjetoBásico para Atendimento dos Requisitos Técnicos do Edital.....................................33 Requisitos Técnicos do Edital...........................................................................................................34 Requisitos Elétricos ............................................................................................................................34 Requisitos Mecânicos.........................................................................................................................45 Requisitos Civis – Fundações...........................................................................................................48 Construção e Comissionamento.....................................................................................................49 Operação ..............................................................................................................................................49 Remuneração do Ativo de Transmissão........................................................................................50 Manutenção .........................................................................................................................................51 Comentários Gerais ...........................................................................................................................52 Referências ...........................................................................................................................................52 CAPÍTULO 2 Planejamento e Custos de Linhas de Transmissão...................................55 Prefácio..................................................................................................................................................56 Objetivo.................................................................................................................................................60 Sistema Interligado Nacional ...........................................................................................................60 Identificação das Necessidades de Transmissão da Rede Básica..............................................61 Extensão das Linhas de Transmissão em Operação ...................................................................62 Extensão de Linhas de Transmissão Planejadas ..........................................................................64 Investimento para as Linhas de Transmissão Planejadas ..........................................................66 VIISUMÁRIO Orçamento Simplificado de Linhas de Transmissão ..................................................................67 Média dos Custos de Linhas de Transmissão Construídas nos Últimos Anos.....................68 Banco de Preços da ELETROBRÁS ...............................................................................................69 Preços de Referência da ANEEL .....................................................................................................69 Comentários Gerais ...........................................................................................................................84 Referências ...........................................................................................................................................84 CAPÍTULO 3 Desempenho de Linhas de Transmissão ............................................................87 Prefácio..................................................................................................................................................88 Objetivo.................................................................................................................................................91 Definições.............................................................................................................................................92 Desligamentos Forçados de Linhas de Transmissão...................................................................94 Desligamentos de Linhas de Transmissão por Descargas Atmosféricas................................98 Desligamentos de Linhas de Transmissão por Queimadas.......................................................99 Desligamentos de Linhas de Transmissão por Queda de Árvore..........................................101 Desligamentos de Linhas de Transmissão por Falhas nos Componentes ...........................101 Desligamentos de Linhas de Transmissão por Tipo de Curto-Circuito ..............................103 Desligamentos Simultâneos de Linhas de Transmissão ..........................................................103 Desligamentos Forçados de Linhas de Transmissão de Corrente Contínua (CC)............104 Índices de Desempenho de Linhas de Transmissão.................................................................105 Comentários Gerais .........................................................................................................................106 Referências .........................................................................................................................................106 CAPÍTULO 4 Prospecções Tecnológicas Realizadas ................................................................107 Prefácio ...............................................................................................................................................108 Objetivo ..............................................................................................................................................111 Investimentos em P&D...................................................................................................................112 Atual Produção Acadêmica Brasileira .........................................................................................113 Publicações e Seminários................................................................................................................114 Patentes ...............................................................................................................................................116 Panorama Geral ................................................................................................................................116 Web of Science....................................................................................................................................124 CAPÍTULO 5 Estudos e Projetos para Implantação de Linhas de Transmissão .............................................................................................129 Prefácio ...............................................................................................................................................130 Objetivo ..............................................................................................................................................133 Palavras-chave...................................................................................................................................133 VIII SUMÁRIO Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................134 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................140 Comentários Gerais .........................................................................................................................147 Referências .........................................................................................................................................148 CAPÍTULO 6 Recapacitação de Linhas de Transmissão.......................................................163 Prefácio ...............................................................................................................................................164 Objetivo ..............................................................................................................................................168Palavras-chave...................................................................................................................................168 Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................168 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................172 Comentários Gerais .........................................................................................................................175 Referências .........................................................................................................................................176 CAPÍTULO 7 Estruturas de Linhas de Transmissão .................................................................183 Prefácio ...............................................................................................................................................184 Objetivo ..............................................................................................................................................187 Palavras-chave...................................................................................................................................187 Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................187 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................191 Comentários Gerais .........................................................................................................................194 Referências .........................................................................................................................................195 CAPÍTULO 8 Condutores de Linhas de Transmissão..............................................................203 Prefácio ...............................................................................................................................................204 Objetivo ..............................................................................................................................................206 Palavras-chave...................................................................................................................................206 Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................207 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................211 Comentários Gerais .........................................................................................................................213 Referências .........................................................................................................................................214 CAPÍTULO 9 Isoladores de Linhas de Transmissão..................................................................223 Prefácio ...............................................................................................................................................224 Objetivo ..............................................................................................................................................226 Palavras-chave...................................................................................................................................226 IXSUMÁRIO Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................226 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................230 Comentários Gerais .........................................................................................................................232 Referências .........................................................................................................................................234 CAPÍTULO 10 Manutenção de Linhas de Transmissão...........................................................241 Prefácio ...............................................................................................................................................242 Objetivo ..............................................................................................................................................244 Palavras-chave...................................................................................................................................244 Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................244 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................249 Comentários Gerais .........................................................................................................................251 Referências .........................................................................................................................................252 CAPÍTULO 11 Monitoramento de Linhas de Transmissão...................................................259 Prefácio ...............................................................................................................................................260 Objetivo ..............................................................................................................................................262 Palavras-chave...................................................................................................................................262 Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................263 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................268 Comentários Gerais .........................................................................................................................272 Referências .........................................................................................................................................273 CAPÍTULO 12 Aspectos de Meio Ambiente Relacionados à Implantação de Linhas de Transmissão ......................................................285 Prefácio ...............................................................................................................................................286 Objetivo ..............................................................................................................................................290 Palavras-chave...................................................................................................................................290 Pesquisas Realizadas ........................................................................................................................290 Temas para Futuros Desenvolvimentos.......................................................................................295 Comentários Gerais .........................................................................................................................296 Referências .........................................................................................................................................298 CAPÍTULO 13 Hierarquização dos Temas Mais Promissores..............................................303 Prefácio ...............................................................................................................................................304 Objetivo ..............................................................................................................................................306Seleção dos Temas Mais Promissores ..........................................................................................306 X SUMÁRIO Metodologias de Hierarquização ..................................................................................................316 Primeira Rodada Delphi.................................................................................................................317 Resultados da Primeira Rodada Delphi ......................................................................................319 Segunda Rodada Delphi .................................................................................................................323 Resultados da Segunda Rodada Delphi.......................................................................................325 Análise de Sensibilidade..................................................................................................................327 Comentários Gerais .........................................................................................................................329 Referências .........................................................................................................................................332 CAPÍTULO 14 Vibração Eólica e Fadiga de Cabos em Linhas de Transmissão: Estado da Arte, Teorias de Projeto e Roadmapping ............................333 Prefácio ...............................................................................................................................................334 Objetivo ..............................................................................................................................................336 Palavras-chave...................................................................................................................................336 Metodologia.......................................................................................................................................336 Fadiga em Cabos Condutores........................................................................................................337 Fadiga por Fretting............................................................................................................................337 Fadiga por Fretting em Cabos Condutores.................................................................................338 Metodologias de Avaliação da Vibração em Condutores........................................................343 Metodologia do EPRI......................................................................................................................344 Metodologia do IEEE ......................................................................................................................345 Metodologia do CIGRÉ WG 22-04..............................................................................................345 Roadmapping Estratégico ...............................................................................................................346 Situação da Pesquisa no Brasil e no Mundo...............................................................................347 Grupos de Pesquisa Cadastrados no CNPq ...............................................................................347 Banco de Teses da CAPES..............................................................................................................348 Programa de P&D da ANEEL.......................................................................................................349 INPI .....................................................................................................................................................350 Derwent Innovations Index SM......................................................................................................350 Web of Science....................................................................................................................................350 Roadmaps ...........................................................................................................................................351 Comentários Gerais .........................................................................................................................353 Referências .........................................................................................................................................354 CAPÍTULO 15 Conclusões..................................................................................................................................359 XISUMÁRIO Pr os pe cç ão e H ie ra rq ui za çã o de In ov aç õe s Te cn ol óg ic as Ap lic ad as a L in ha s de T ra ns m is sã o Su m ár io Pr ef ác io - P & D A N EE L M ax im o Lu iz P om pe rm ay er Pr ef ác io - P & D T A ES A G lie nd er P er ei ra d e M en do nç a Pr ef ác io - P & D U N B An to ni o Ce sa r Pi nh o Br as il Ju ni or Jo sé A le xa nd er A ra új o Iv an M ar qu es d e To le do C am ar go Re su m o Ex ec ut iv o Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Ca pí tu lo 1 - Im pl an ta çã o de L T' s Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Pr ef ác io - J os é Ro be rt o de M ed ei ro s Ca pí tu lo 2 - P la ne ja m en to e C us to s Ar no ld o Ro dr ig o Sa av ed ra , Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Pr ef ác io - P au lo C es ar V az E sm er al do Ca pí tu lo 3 - D es em pe nh o Ar no ld o Ro dr ig o Sa av ed ra , Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Pr ef ác io - M au ro P er ei ra M un iz , Fe rn an do A qu in o Vi ot ti Ca pí tu lo 4 - P ro sp ec çõ es Te cn ol óg ic as R ea liz ad as Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in , Le on ar do B ra nt M ur ça , Vi ni ci us B ar ro s Re go , Al ex an dr e M ad ur o- Ab re u Pr ef ác io - R uy C ar lo s Ra m os d e M en ez es Ca pí tu lo 5 - E st ud os e P ro je to s pa ra Im pl an ta çã o de L T' s Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Pr ef ác io - J os é H en ri qu e Fe rn an de s M ac ha do Ca pí tu lo 6 - R ec ap ac it aç ão Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Pr ef ác io - J oã o Fe lix N ol as co Ca pí tu lo 7 - E st ru tu ra s Vi ni ci us B ar ro s Re go Pr ef ác io - J oã o Ba ti st a G ui m ar ãe s Fe rr ei ra d a Si lv a Ca pí tu lo 8 – C on du to re s Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in Pr ef ác io - S id ne y U ed a Ca pí tu lo 9 – Is ol ad or es Le on ar do B ra nt M ur ça Pr ef ác io - R ic ar do Wes le y Sa lle s G ar ci a Ca pí tu lo 1 0 – M an ut en çã o Vi ni ci us B ar ro s Re go Pr ef ác io - P au lo B ot el ho C ap ít ul o 11 – M on it or am en to Le on ar do B ra nt M ur ça Pr ef ác io - J os é Ja rd in i Ca pí tu lo 1 2 – M ei o A m bi en te Al ex an dr e M ad ur o - Ab re u Pr ef ác io - E va ni se N ev es d e M es qu it a Ca pí tu lo 1 3 – H ie ra rq ui za çã o Al ex an dr e Ab re u- M ad ur o, L eo na rd o Br an t M ur ça , Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in , Vi ni ci us B ar ro s Re go Pr ef ác io - M ar ia E le ni ta M . N as ci m en to Ca pí tu lo 1 4 – V ib ra çã o Eó lic a e Fa di ga d e Ca bo s em L T' s: E st ad o da A rt e, Te or ia s de P ro je to e R oa dm ap pi ng Ri ca rd o Ra m os F ra ge lli , Jo sé A le xa nd er A ra úl o Pr ef ác io - J or ge L ui z de Al m ei da F er re ir a Ca pí tu lo 1 5 – Co nc lu sõ es Se rg io d e O liv ei ra F ro nt in nitnorF arievil O ed oigreS n cnoC – 51 olutípaC seõsulc S oirá muSo Pr ef ác io - M ar ia r F adie mlA egroJ - oicáferP ednaxelA ésoJ F so maR odraciR rF arievil O ed oigreS ruda M-uerbA erdnaxelA o o o a a rierreF ed ziuL lúarA r ,illegarF iroeT aC ed agidaF aC tne micsa N M atinelE Pr ef ác io - M ar ia geR sorraB suiciniV ,nitno ,açru M tnarB odranoeL ,or rmdaoR e otejorP ed sa d odatsE :s'TL me soba E oãçarbi V – 41 olutípa arei H – 31 olutípaC o gnippa m ,etr A ad e acilóE ãçaziuq E A D io - P & cáfe Pr T D &P - oicáferP E N A D &P - oicáferP m L e A n A B rednaxelA ésoJ iP raseC oinotnA N U d ariereP redneil G SE rep moP ziuL o mixa M Er a r ojúar oinuJlisarB ohn çnodne M e eya m o Je N Pr ef ác io - M ar ia esinavE - oicáferP rdnaxelA - oicáferP dranoeL a i o u a í otne micsa N . M atinelE Pr ef ác io - M ar ia tiuqse M ed seve N erbA - oruda M e paC nidraJ ésoJ çru M tnarB lutípaC o neib m A oie M – 21 olut tne marotino M – 11 e T ed cilpA õçavonI arei H orP tn oãssi msnarT sahniL a sada sacigólonceT se ed oãçaziuqra e oãçcepsoe p mI - 1 olutípaC xE o museR T e o S P s'TL ed oãçatnalp vil O ed oigreS vituce ed seuqra M navI o n n M d S i d R dl A ed otreboR ésoJ - oicáferP itnorF arievil O ed oigre itnorF arie gra maC odeloT soriede M g P r cc oicáferP iniV iR - oic Pr ef á reS n a C a G ar ci a o o u hletoB oluaP - geR sorraB suic típaC sellaS y es le W od arc çru M tnarB odranoeL de U yendiS - oicáfe Pr itnorF arievil O ed oig er oãçnetuna M – 01 olu odalosI – 9 olutípaC rotudnoC – 8 olutípaCs ser e n D - 3 olutípaC alP - 2 olutípaC s d d o nanreF oicáferP oigreS odlonrA hnep mese otsuC e otne majen n z n ittoiV oniuqA od ,zinu M ariereP orua M - o itnorF arievil O ed ,ardevaaS ogirdoR aV raseC oluaP - oicáferP itnorF arievil O ed oigreS ,ardevaaS ogirdoR odlonrA , odlare msE z e áferP S n o o a csalo N xileF oãoJ - oicá itnorF arievilO ed oigre vliS ad arierreF seãra miu G atsitaB oãoJ - oicáferP geR sorraB suiciniV t a t icapaceR - 6 olutípaC a urtsE - 7 olutípaC os ãçat arut apaC Te cn ol óg ic as R ea liz ad as 's TL e doãça ntal Im p ara Pr oj et os e sodutsE - 5 olutípa cepsorP - 4 olutípaC s y Te cn ol óg ic as R ea liz ad as v s 's oJ - oicáferP il O ed oigreS Pr oj et os uR - oicáferP orraB suiciniV evil O ed oigreS seõçc b s n hca M sednanreF euqirne H és itnorF ariev ezene M ed so maR solraC A-oruda M erdnaxelA ,ogeR tnarB odranoeL ,nitnorF arie