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Aspectos construtivos e elétricos de uma Linha de Transmissão Universidade Federal do Piauí Engenharia Elétrica Disciplina: Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica Prof. Breno Avelar Rodrigues de Andrade E-mail: breno.andrade@ufpi.edu.br Componentes de uma Linha de Transmissão Os elementos básicos de uma linha de transmissão são : - Condutores de Fase; - Cabos Para-raios ou Cabos de Guarda; - Estrutura e Isoladores. A primeira vista pode parecer que são os condutores de fase os principais componentes. Contudo, os demais elementos são igualmente importantes. Alguns componentes conexões dos cabos nas torres Linhas de Transmissão CA versus CC O que caracteriza a escolha do sistema CA ou CC é o custo de sua instalação. A figura abaixo exibe um comparativo entre o custo de instalação em função da extensão da linha. A imagem alerta para o fato de que é mais vantajoso investir em linhas CC para comprimentos de linha acima de 600 km e, caso contrário, o investimento em linhas CA é o mais recomendado ⚫ Influência no transporte de energia elétrica: ⚫ Modelo de Representação Efeitos Especiais na Transmissão de Energia CA ⚫ Efeito Pelicular (ou Skin) da Corrente ⚫ Efeito Corona ⚫ Rádio Interferência (RI) ⚫ Ruído Audível (RA) ⚫ Efeitos de Campo Eletrostático Efeitos Especiais na Transmissão de Energia ⚫ Efeito Pelicular (ou Skin) da Corrente ⚫ Decorre da indução de campos magnéticos associados à passagem da corrente e aos campos elétricos induzidos, cujos sentidos tendem a opor-se ao movimento de elétrons no centro do condutor e reforçá-lo na periferia. ⚫ Este efeito tem como conseqüência um aumento na resistência do condutor. ⚫ E quanto maior a frequência, maior o efeito pelicular. Efeitos Especiais na Transmissão de Energia ⚫ Efeito Pelicular (ou Skin) da Corrente ⚫ Densidade de corrente x frequência ⚫ Efeito Corona: ⚫ À medida que a tensão numa linha for aumentada, alcança-se um valor no qual o ar que envolve o condutor torna-se ionizado, devido à força elétrica na superfície deste exceder um certo valor limite. A camada ionizada envolve o condutor, efetivamente aumentando o seu diâmetro até um ponto em que as forças elétricas sejam insuficientes para causar mais ionização. ⚫ Pode-se dizer que o fenômeno ocorre em virtude de o campo elétrico na superfície do condutor ter superado a capacidade disruptiva do ar. Efeitos Especiais na Transmissão de Energia ⚫Efeito Corona: ⚫Esta condição pode acarretar uma série de consequências, como as listadas abaixo: ⚫ Geração de ondas eletromagnéticas de baixa freqüência (rádio ruído); ⚫ Ruídos audíveis; ⚫ Perdas de energia; ⚫ Geração de gases (ozônio); ⚫ Vibrações mecânicas. Efeitos Especiais na Transmissão de Energia ⚫Radio Interferência – RI ⚫ Definição ⚫ Por radio interferência, entende-se um distúrbio não desejado atuando na faixa de radiofreqüência, cerca de 500kHz a 1.600kHz (faixa AM); ⚫ Causas ⚫ Efeito Corona; irregularidades na superfície e partículas sólidas aderentes aos cabos; ⚫ Fatores que influenciam ⚫ Configuração dos condutores nas linhas, resistividade do solo e condições ambientais como vento, umidade e preciptação. Efeitos Especiais na Transmissão de Energia ⚫Ruído Audível - RA ⚫Este é influenciado em maior ou menor escala pelos seguintes fatores: ⚫ Tamanho dos subcondutores; ⚫ Número de subcondutores; ⚫ Intensidade da chuva; ⚫ Condições superficiais do condutor (envelhecimento) Efeitos Especiais na Transmissão de Energia Disposição dos Cabos das Linhas de Transmissão Existem 3 tipos: - Triangular - Vertical - Horizontal Disposição dos Cabos das Linhas de Transmissão 1. Triangular Disposição dos Cabos das Linhas de Transmissão 2. Horizontal Disposição dos Cabos das Linhas de Transmissão 3. Vertical Tipos de Torres de Linhas de Transmissão Estrutura ou Torre :É o elemento suporte de uma linha de transmissão. Tem por finalidade a sustentação dos cabos condutores de energia e pára-raios. Os tipos usuais são: 1) Entreliçada: auto-portante ou estaiada; 2) Tubular: auto-portante; 3) Concreto: auto-portante; 4) Madeira: auto-portante (tensões inferiores a 88 KV). Quando da locação das torres, é realizado no local uma sondagem do terreno, para definir o tipo de fundação. Após definida, é feita a demarcação das cavas, seguida das escavações. Concluídas as escavações, iniciam-se os processos de montagem das bases, nivelamento das mesmas e posterior complemento da montagem. Tipos de Torres de Linhas de Transmissão Tipos de Torres de Linhas de Transmissão Tipos de Torres de Linhas de Transmissão Tipos de Torres de Linhas de Transmissão Tipos de Torres de Linhas de Transmissão https://www.youtube.com/watch?v=oBNv6jvCrtg Tipos de Torres de Linhas de Transmissão Condutores de fase e cabos Para-raios Normalmente, os condutores de fase de uma linha de transmissão aérea são condutores nus (sem isolação). Esses cabos podem ser de alumínio, liga alumínio-aço, e alumínio com alma de aço. A principal razão da escolha do alumínio se deve ao preço. Em sistemas de cabos subterrâneos, por exemplo, é comum o uso do cobre. Porém, os cabos aéreos são submetidos a maiores esforços mecânicos e por este motivo é necessário um cuidado extra com relação a sua carga mecânica de ruptura. A carga de ruptura é o ponto de rompimento de um cabo, quando este é submetido a um esforço de tração maior do que sua resistência mecânica. Os cabos mais comumente utilizados em projetos de linhas de transmissão são: AAC (“all aluminum conductor”) ou CA AAAC (“all aluminum alloy conductor”) ou CAL ACSR (“aluminum conductor steel-reiforced”) ou CAA ACAR (“aluminum conductor, aluminum alloy-reinforced”) ou CALA Condutores de fase Condutores de fase Condutores de fase Condutores de fase e cabos Para-raios AAAC (“all aluminum alloy conductor”) ou CAL: Mesmo princípio dos cabos CA, porém neste caso são utilizadas ligas de alumínio de alta resistência mecânica. É o cabo com menor relação peso/carga de ruptura e menores flechas, mas é o de maior resistência elétrica entre os aqui citados. Condutores de fase e cabos Para-raios ACSR (“aluminum conductor steel-reiforced”): É também denominado de cabos CAA. Composto por camadas concêntricas de fios de alumínio encordoados sobre uma alma de aço, que pode ser um único fio ou vários fios encordoados. No Brasil, praticamente todas as linhas de transmissão de alta e extra alta tensão (acima de 230 kV) utilizam cabos condutores do tipo ACSR. A relação entre o número de fios de alumínio e de fios de aço dá a formação do cabo. Dependendo da situação, esta formação resulta no melhor peso/carga de ruptura para o projeto. Os cabos condutores ACSR possuem alma de aço com o objetivo de dar maior resistência mecânica ao cabo. Condutores de fase e cabos Para-raios ACAR (“aluminum conductor, aluminum alloy-reinforced”) ou CALA: É composto de maneira idêntica aos cabos do tipo ACSR, porém ao invés de se utilizar alma com cabos de aço, utiliza-se alma com fios de alumínio de alta resistência mecânica. Assim, a sua relação peso/carga de ruptura fica ligeiramente maior do que a do cabo ACSR. A escolha adequada do condutor em um projeto de linhas aéreas de transmissão é bastante complexa, envolvendo desde: Critérios econômicos; Perdas; Efeito Corona. Condutores de fase e cabos Para-raios A escolha do condutor impacta diretamente na escolha da torre e conseqüentemente na isolação empregada e nos esforços mecânicos envolvidos no projeto da linha de transmissão. Ainda é necessário verificar: 1) Condições de temperatura ambiente; 2) Temperatura máxima do condutor; 3) Pressão barométrica na região onde se encontra a linha; 4) Velocidade do vento; 5) Emissividade e absorção solar. Condutores de fase e cabos Para-raios Os cabos Para-raios como o próprio nome diz são utilizados para fornecer um caminho para as descargasatmosféricas que podem atingir o circuito de uma linha de transmissão aérea visto que ela se encontra ao tempo. Normalmente, eles são aterrados em torres alternadas. ▪ AAAC (CAL) – Nome de cidades Ex.: GREELY MANAUS ⚫ Condutores em linhas aéreas de transmissão ⚫ Cabos com Alma de Aço – CAA TABELA DE CABOS - CAA – Características Físicas TABELA DE CABOS - CAA – Características Elétricas TABELA DE CABOS - CA TABELA DE CABOS - CA TABELA DE CABOS - CAL NBR 5422 Utilizam esferas de sinalização aérea usadas em redes de transmissão destinadas à sinalização visual para que pequenas aeronaves e equipamentos de vôo como helicópteros, aviões balões e pára-quedas, evitando a colisão desses aparelhos com o sistema de transmissão, as redes aéreas de transmissão de energia elétrica. SINALIZAÇÃO AÉREA DE LINHAS DE TRNSMISSÃO As esferas são ocas e de material isolante, como fibra de vidro e resina de poliéster e pintadas com tintas resistentes a radiação dos raios ultra-violetas (UV). SINALIZAÇÃO AÉREA DE LINHAS DE TRANSMISSÃO ⚫ Suportes, porcas, parafusos, hastes, mão francesa, amarração secundária, etc. Ferragens: Isoladores São os componentes responsáveis por isolar as partes ativas do sistema (condutores fase) a fim de evitar curtos circuitos entre fases e entre fase e neutro. Existem vários tipos, e são definidos pelas classes de tensão que precisam isolar, podem ser usados individualmente ou formando cadeias. ⚫ Isoladores (rígidos) ⚫ Isoladores bastão, pilar, pino e roldana ⚫ Isoladores (suspensos) ⚫ Isoladores de campânula simples ⚫ Isoladores Isoladores de campânula simples ⚫ Disposição das cadeias de isoladores ⚫ Isolador de suspensão, em V e amarração Uma cadeia de isoladores é formada por uma série de isoladores de campânula de porcelana ou vidro, ou por conjunto polimérico. O número de isoladores porcelana/vidro que forma uma cadeia depende principalmente da tensão. Para a tensão de 120 kV usa-se de 6 a 8 isoladores enquanto para linhas de 500 kV são usados de 26 a 32 isoladores. A tensão média por isolador é de 10 kV. Cadeias de suspensão - Cadeias verticais ou em V são usadas em postes onde apenas há suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou pequeno ângulo. Cadeias de amarração/ancoragem - Cadeias horizontais são usadas em postes de amarração, de ângulo ou fim de linha. As cadeias podem ser simples ou duplas. Fonte: CELG