Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica Aula 11 15 03 16

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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Professor: Paulo Roberto Costa Silva 
E-mail: pr@task.com.br 
ENGENHARIA ELÉTRICA – GRADUAÇÃO 
EMENTA 
1. ESTRUTURA DA INDÚSTRIA DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
2. REPRESENTAÇÃO DAS REDES DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
3. LINHAS DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO 
 
4. FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO 
 
5. PLANEJAMENTO E OPERAÇÃO 
 
6. COORDENAÇÃO DO ISOLAMENTO 
 
7. MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Componentes Básicos: Isoladores 
• Função de isolar eletricamente os condutores energizados das estruturas de 
transmissão e resistir às solicitações mecânicas e elétricas oriundas dos cabos 
condutores 
 
• Com relação aos condutores, os isoladores têm a função de: 
• Suspensão 
• Ancoragem (fixar) 
• Separação 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Cadeias de Isoladores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
 
• Os isoladores são sujeitos a solicitações mecânicas e elétricas: 
 
• Forças verticais pelo peso dos condutores 
• Forças horizontais axiais para suspensão 
• Forças horizontais transversais pela ação dos ventos 
 
• Solicitações Elétricas: 
• Tensão nominal e sobretensão em frequência industrial 
• Oscilações de tensão de manobra 
• Transitórios de origem atmosférica 
 
 
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Isoladores Componentes Básicos 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Os isoladores devem oferecer uma alta resistência para correntes de fuga de 
superfície e ser suficientemente espesso para prevenir ruptura sob as 
condições de tensão que devem suportar: 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Para aumentar o caminho de fuga e, portanto a resistência de fuga, os 
isoladores são construídos com curvas e saias 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Quanto ao material de fabricação os isoladores sãoproduzidos de: 
• Porcelana vitrificada 
• Vidro temperado 
• Polímeros 
 
• Características gerais: 
 
• Porcelana Vitrificada (Cerâmica) : 
• Composição da cerâmica (Argila, Caolim, Quartzo e Feldspato) 
• Preço baixo devido ao processo de fabricação relativamente simples 
• Boas características elétricas ou dielétricas, térmicas e mecânicas 
 
• Porcelana Vitrificada (Cerâmica) : 
• Recoberto o com verniz que se destina a vitrificar a superfície externa, 
torna-o liso e brilhante, com o que se eleva a resistência superficial de 
isoladores ao ar livre 
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Isoladores Componentes Básicos 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Características gerais: 
 
• Isoladores de Vidro : 
 
• Composto de óxido de silício e óxido de boro, acrescido de óxidos 
alcalinos que influenciam sobretudo no valor da temperatura de fusão do 
material 
 
• Tratamentos térmicos posteriores (têmpera) influenciam 
acentuadamente em suas características mecânicas 
 
• Devido a têmpera, a camada externa do vidro sofre uma contração 
acentuada, o que faz predominarem na “casca” externa, os esforços de 
compressão 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Características gerais: 
 
• Isoladores de Polímeros: 
• Características dos Polímeros: 
• Excelente hidrofobicidade 
• Excelente resistência ao trilhamento elétrico (tracking) 
• Resistente ao efeito de erosão mesmo quando o isolador estiver 
submetido a uma forte poluição 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Características gerais: 
 
• Isoladores de Polímeros: 
• Resistente ao efeito de erosão mesmo quando o isolador estiver 
submetido a uma forte poluição 
• Resistência ao envelhecimento devido aos raios ultravioleta, 
temperatura, poluição, ozônio, com alta durabilidade 
• Resistente ao arco elétrico 
• A maleabilidade das aletas de borracha, associada à elevada resistência 
do núcleo central e a silhueta delgada garante incomparável 
desempenho destes isoladores em regiões de vandalismo 
• Instalação rápida, simples e de menor custo 
• Pesa até 13 vezes menos que isoladores convencionais 
• Impenetrabilidade: podem ser lavados sob alta pressão 
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Isoladores Componentes Básicos 
• Isoladores 
 
• Características gerais: 
 
• Isoladores de Polímeros: 
• Estrutura de um Isolador Polimérico: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• As dimensões e formas de estruturas de linhas dependem: 
• Disposição dos condutores: triangular, horizontal, vertical 
• Distância entre condutores 
• Dimensões e forma de isolamento 
• Número de circuitos 
 
 
• Materiais estruturais: 
• Estruturas metálicas de aço revestido com zinco (aço galvanizado) 
• Concreto armado 
• Madeira 
• Fibras de vidro 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Quanto à disposição dos condutores, as estruturas das linhas podem ser 
dispostas das seguintes formas: 
 
• Triangular: 
• Os condutores estão dispostos segundo os vértices de um triângulo, que 
pode ser equilátero (simétrica) ou outro qualquer (assimétrica) 
 
• São estruturas altas e estreitas, usadas em circuitos simples até 69 kV 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Horizontal: 
• Os condutores são fixados em um mesmo plano Horizontal 
 
• As estruturas podem ser simétricas e assimétricas 
 
• Geralmente são baixas e largas, usadas em circuitos simples com tensões 
elevadas de até 750 kV 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Vertical: 
• Os condutores se encontram montados em um plano vertical 
 
• As estruturas são altas e estreitas, usadas em circuitos duplos com tensões 
de até 230 kV 
 
• Usadas principalmente em linhas que acompanham vias públicas 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• As estruturas além de sua função geral de suporte dos condutores possuem 
também funções subsidiárias, cuja influência é marcante em seu dimensionamento 
 
• Essas funções estão relacionadas com otipo de cargas que devem suportar 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estruturas de Ancoragem: 
 
• Ancoragem Total: 
• Também chamadas de estruturas de fim de linha, são dimensionadas 
para resistir a todas as cargas normais e excepcionais unilateralmente 
 
• São as estruturas mais reforçadas das linhas 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estruturas de Ancoragem: 
 
• Ancoragem Parcial: 
• Também chamadas de ancoragem intermediária 
 
• Servindo normalmente como pontos de tensionamento 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estruturas de Ancoragem: 
 
• Estruturas para Ângulos; 
• São dimensionadas para resistir aos esforços normais, inclusive das 
forças horizontais devidas a presença dos ângulos 
 
• Resistem geralmente às cargas excepcionais 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estruturas de Ancoragem: 
 
• Estruturas de Derivação: 
• Quando se deve fazer uma derivação, sem haver necessidade de 
interrupção ou seccionamento nesse ponto, a linha é simplesmente 
derivada de estruturas apropriadas para este fim 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estruturas de Ancoragem: 
 
• Estruturas de Transposição ou Rotação de Fase: 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estruturas de Ancoragem: 
 
• Estruturas de Transposição ou Rotação de Fase: 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Quanto à forma de resistir, as estruturas podem ser: 
 
• Autoportantes: 
• Transmitem todos os esforços da linha diretamente para as suas 
fundações 
• Podem ser rígidas e flexíveis 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Estaiadas: 
• Usadas em tensões a partir de 500 kV, são normalmente flexíveis, 
sendo enrijecidas por meio de tirantes de aço ou “estais” 
 
• Sua montagem depende das condições do terreno e do tempo 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Tipos de Estruturas x Nível de Tensão x Largura de Faixa 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Tipos de Estruturas x Nível de Tensão x Largura de Faixa 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Tipos de Estruturas x Nível de Tensão x Largura de Faixa 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Tipos de Estruturas x Nível de Tensão x Largura de Faixa 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Estruturas das Linhas de Transmissão 
 
• Tipos de Estruturas x Nível de Tensão x Largura de Faixa 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Estruturas das Linhas 
• Projeto de Linhas de Transmissão 
 
• Fatores Elétricos: 
 
• Determinam o tipo de condutor, a área e o numero de condutores por fase: 
 
• Capacidade Térmica: 
• Condutor não deve exceder limite de temperatura, mesmo sob 
condições de emergência quando pode estar temporariamente 
Sobrecarregado 
 
• Número de Isoladores: 
• Manter distancias fase-estrutura, fase-fase etc... 
• Deve operar sob condições anormais (raios, chaveamentos etc.) e em 
ambientes poluídos (umidade, sal etc...) 
 
• Esses fatores determinam os parâmetros da linha relacionados com o modelo 
da linha 
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Projeto de Linhas 
• Projeto de Linhas de Transmissão 
 
• Fatores Elétricos: 
 
• Determinam o tipo de condutor, a área e o número de condutores por fase 
 
• Fatores Mecânicos: 
• Condutores e estruturas sujeitos a forças mecânicas (vento, neve 
etc.) 
 
• Fatores Ambientais: 
• Uso da terra (valor, população existente, faixa de servidão, etc.) 
• Impacto visual (estético) 
 
• Fatores Econômicos: 
• Linha deve atender todos os requisitos a um mínimo custo 
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Projeto de Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• Sob o ponto de vista de sistemas elétricos uma linha de transmissão pode ser 
caracterizado pela presença de quatro parâmetros, apresentados abaixo, em 
ordem de importância ou influência 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Parâmetros das Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• Resistência e Condutância em paralelo da linha: 
 
• Estes parâmetros são de menor importância porque não afetam de forma 
significativa a capacidade de transmissão da linha 
 
• Estes elementos estão relacionados com as perdas ativas da transmissão 
 
• Resistencia (R): 
• Dissipação de potência ativa devido a passagem de corrente 
 
• Condutância (G): 
• Corrente de dispersão entre as fases e a terra 
 
• Esta dispersão ocorre principalmente ao longo das colunas de 
isoladores, variando com as condições climáticas e com o depósito de 
material (sujeira) sobre os isoladores 
 
• Em condições normais de operação seu valor é desprezível 
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Parâmetros das Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• Capacitância da Linha: 
 
• A Resistência e a Reatância constituem os elementos de uma impedância 
série na linha de Transmissão 
 
• A Condutância e a Capacitância formam uma admitância paralela da linha 
 
• Na admitância paralela, a capacitância da linha é o principal elemento e 
representa o caminho de dispersão da corrente de linha para a terra 
 
• Esta dispersão de corrente é proporcional à tensão da linha e, portanto, o 
efeito dos elementos em paralelo é acentuado com o aumento da tensão 
 
• Para tensões da ordem de 300 kV a 500 kV e extensões de linhas superiores 
a 320 km, a importância destes elementos é fundamental no projeto das 
linhas 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Parâmetros das Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• Indutância da Linha (L): 
 
• O mais importante dos parâmetros da linha 
 
• No projeto de linhas de transmissão, a reatância é o fator predominante na 
impedância e afeta diretamente a capacidade de transmissão da linha 
 
• A indutância de uma linha está diretamente associada com o fluxo magnético 
no interior e em torno do condutor ou condutores 
 
• Quanto à distribuição dofluxo, algumas observações importantes podem ser 
destacadas a seguir: 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Parâmetros das Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• Embora o volume interno do condutor é relativamente pequeno, as densidades de 
campo apresentam valores elevados no interior do mesmo, e não são 
desprezadas no cálculo do valor da reatância (responsável pelo efeito pelicular) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Parâmetros das Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• De acordo com a geometria utilizada para a linha trifásica, geralmente uma das 
fases sofrerá uma influência maior em relação as outras duas 
 
• Assim, haverá um desequilíbrio entre os valores das reatâncias das fases 
 
• As fases das extremidades poderão apresentar impedâncias equivalentes iguais, 
mas diferentes da impedância da fase central 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Parâmetros das Linhas 
• Parâmetros das Linhas de Transmissão 
 
• A transposição das fases de uma linha tem como objetivo restaurar o equilíbrio 
das fases do ponto de vista dos terminais da linha 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• A indutância da fase a é dada por: 
 
 
 
• Sendo a Distância Média Geométrica - DMG: 
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Parâmetros das Linhas 
• Modelos de uma Linha de Transmissão 
 
• Os quatro parâmetros encontrados em uma linha são distribuídos por toda a linha 
 
• O equacionamento desta distribuição, nem sempre uniforme ao longo da linha é 
muito complexo, e pode ser em alguns casos simplificados a partir da utilização de 
modelos de linhas com parâmetros concentrados 
 
• De acordo com o comprimento e com a tensão, as linhas podem ser classificadas 
em 
• Linhas Curtas 
• Linhas Médias 
• Linhas Longa 
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Modelos de Linhas 
• Modelos de uma Linha de Transmissão 
 
• Linhas Curtas (até 80 km): 
 
• Neste caso a capacitância da linha, por ser pequena, é desprezada, sendo a 
linha representada pelos parâmetros série, ou seja, a resistência e a 
indutância 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Modelos de Linhas 
• Modelos de uma Linha de Transmissão 
 
• Linhas Médias e Longas (de 80 até 240km) 
 
• Estas linhas apresentam comprimentos mais significativos, comparados as 
linhas curtas, desse modo, as influências das capacitâncias séries não 
podem ser desprezadas 
 
• Nestes casos é usual a representação através de um modelo “Π” (“pi”) ou “T” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Modelos de Linhas 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Construção e Manutenção 
C
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M
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