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4-ASPECTOS CONSTRUTIVOS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO 4.1 Componentes de Linhas de Transmissão 4.1.1 Cabos Condutores Os condutores constituem os elementos ativos propriamente ditos da LT. É por meio deles que se realiza o processo de transmissão de energia elétrica. Esses devem possuir características especiais para se obter um bom desempenho com custo adequado, como: Alta condutividade elétrica, baixa perda por efeito Joule. Boa resistência mecânica e baixo peso específico. Alta resistência à oxidação e à corrosão por agentes químicos poluentes. Baixo custo do investimento e de manutenção. Cobre e Alumínio Atualmente o alumínio é o mais usado, por ser mais leve e mais barato que o cobre, desde 1908 com a invenção do cabo de alumínio com alma de aço. As normas NBR 5.369/1971 e NBR 7.270/1998 especificam os cabos de alumínio (CA) e os cabos de alumínio com alma de aço (CAA) para fins elétricos, com referência comercial no Brasil igual à adotada na codificação canadense, que identifica a seção e formação do condutor. A utilização de condutores múltiplos teve início em 1950 na Suécia e em seguida em outros países. A aplicação de condutores múltiplos ou feixe de condutores por fase nas LT é feito para a redução do gradiente de potencial nas superfícies dos condutores. É comum dois ou quatro cabos por feixe de condutores por fase (FUCHS, 1977). No Brasil, os cabos ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) são os mais frequentemente usados nas linhas de transmissão. São também chamados de CAA (alumínio com alma de aço), tendo o núcleo feito de aço galvanizado e uma camada externa de alumínio. Diferentes combinações de aço e alumínio proporcionam uma melhor resistência do cabo contra cargas de ruptura, não prejudicando a sua ampacidade. Classificações usuais para os cabos em linhas de transmissão* AAC (all aluminium conductor): Composto por vários condutores de alumínio encordoados. AAAC (all aluminium alloy conductor): Composto por ligas de alumínio de alta resistência. Tem a menor relação peso-carga de ruptura e as menores flechas (i.e., o arco que forma pelo desnível entre os pontos de fixação dos cabos), porém é o cabo que apresenta a maior resistência elétrica entre os quatro tipos aqui citados. *(PINTO, 2014): ACSR (aluminium conductor steel-reinforced): composto por camadas concêntricas de condutores de alumínio sobre uma alma de aço, podendo ter um condutor ou diversos. A alma de aço procura dar maior resistência mecânica ao cabo. ACAR (aluminium conductor, aluminium alloy reinforced): composição idêntica à dos cabos ACSR, fazendo uso, porém, da alma com condutores de alumínio de alta resistência (em vez da alma com cabos de aço), tendo como consequência uma relação peso carga de ruptura um pouco maior do que a do cabo ACSR. Long exposure photograph of corona discharge on an insulator string of a 500 kV overhead power line. Corona discharges represent a significant power loss for electric utilities. O efeito Corona ocorre quando um forte campo elétrico associado com um condutor de alta tensão ioniza o ar próximo ao condutor. O ar ionizado pode se tornar azul e se tornar audível em forma de "estalos". O efeito Corona também libera partículas de O2 e produz oxigênio tri atômico - O3, ozônio - um gás corrosivo que destrói equipamentos de linhas de potência e coloca em perigo a saúde humana. Para evitar a ocorrência do efeito corona, em linhas de EAT são normalmente utilizados mais de um condutor por fase, para reduzir as linhas de fluxo do campo elétrico. 4.1.2 Isoladores e Ferragens Geralmente, os isoladores precisam ter as seguintes características: (a) Alta rigidez mecânica, a fim de resistir à carga do condutor e ao vento. (b) Alta resistência elétrica, a fim de evitar correntes de fuga para o solo. (c) Alta permissividade relativa, para que a rigidez dielétrica também seja alta. (d) Não porosidade e livre de rachaduras. O material mais comumente usado para os isoladores de linhas de transmissão aéreas é a porcelana. Outros materiais, como vidro ou esteatite, também são utilizados. A porcelana é mecanicamente mais forte do que o vidro e oferece menos problemas de fuga de corrente, sendo ainda menos afetada pelas mudanças de temperatura. Há diversos tipos de isoladores, como os rígidos (pino, bastão, roldana, pilar) e os de campânula simples. Basicamente, existem três tipos: (a) De pino (porcelana ou vidro): geralmente, destinados às redes de distribuição de até 34,5 kV. (b) De disco (porcelana ou vidro): usados em linhas de alta e extra-alta-tensão (EAT). (c) Rígidos (fibra de vidro, resina epóxi e vários materiais): usados em linhas compactas. As ferragens são compostas dos seguintes dispositivos: • Grampo de suspensão: é responsável por conectar os cabos condutores aos isoladores e evita o esmagamento dos fios que constituem o cabo condutor. • Anel anticorona: é responsável por distribuir o potencial elétrico que se concentra nas arestas ou ângulos das ferragens, sendo esse elemento tipicamente instalado na lateral do grampo de suspensão. • Espaçador: é responsável por impedir que diferentes condutores se toquem devido à ação dos ventos, por exemplo. • Amortecedor de vibração: é responsável por reduzir a amplitude das vibrações, sendo dispositivos instalados a cada 50 ou 60 m. 4.1.3 Torres (estruturas) Nas linhas trifásicas empregam-se fundamentalmente três disposições de condutores nas estruturas: • Disposição triangular: os condutores estão dispostos segundo os vértices de um triângulo. • Disposição vertical: os condutores são dispostos no plano vertical, muito usado em circuito duplo na LT área urbana. • Disposição horizontal: os condutores são fixados no plano horizontal. Sua principal vantagem reside em permitir estruturas de menor altura para um mesmo vão ou distância entre estruturas da LT. Torres de transmissão com disposição dos condutores (a) triangular, (b) vertical e (c) horizontal, sendo (a) e (c) de circuito simples e (b) duplo No Brasil, a norma ABNT NBR 5.422/85 estabelece as diretrizes para se determinar as faixas de servidão, sendo que essa faixa é maior quanto maiores forem os níveis de tensão da rede. Faixa de servidão (ou de segurança) no Brasil para torres de 500, 230 e 138 kV 4.1.4 Cabos para-raios Esses elementos das LTs são responsáveis por interceptar as descargas atmosféricas e conduzi- las para o solo, evitando, assim, prejuízos na operação do sistema. Os cabos para-raios são comumente aterrados de duas formas: (a) rigidamente aterrados e; (b) por meio de isoladores de baixa rigidez dielétrica (FUCHS, 1977). Em (a), os cabos são eletricamente conectados ao solo diretamente por meio das estruturas das torres metálicas, enquanto em (b), os cabos ficam eletricamente isolados do solo até que um determinado valor de tensão (em kV) atinja esse isolador ionizando os átomos que compõem esse elemento e fazendo com que ele deixe de ser isolante. Por fim, ressalta-se que nos cabos para-raios são instaladas “bolas laranjas” denominadas de sinalizadores ou esferas de sinalização, aquelas que vemos nas LTs sempre que estamos viajando, e sua função é aumentar a segurança contra acidentes de aeronaves com a rede elétrica.