Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica Aula 10 10 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 
• As linhas de transmissão são condutores através dos quais a energia elétrica é 
transportada de um ponto transmissor a um terminal receptor 
 
• Os sistemas de transmissão proporcionam à sociedade um benefício reconhecido por 
todos: o transporte de energia elétrica entre os centros de geração e carga 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Definição 
Linhas de Distribuição AT (LD): 
• Normalmente operam em tensões inferiores a 230 kV 
• Sua função é a distribuição a granel da energia transportada pelas linhas de 
transmissão 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Linhas de Transmissão (LT): 
• São linhas que operam com as tensões do sistema Rede Básica 
• Sua função principal é o transporte de energia entre os centros de produção e os 
centros de consumo 
Definição 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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SIN 
As linhas de transmissão e de Distribuição AT apresentam propriedades diferentes que 
dependem de fatores como: 
 
• Frequência (50Hz ou 60 Hz) 
• Nível de tensão 
• Corrente Alternada ou Contínua 
• Quantidade de potência a ser transmitida 
• Modo de transmissão (aéreo ou subterrâneo) 
• Distância entre os terminais transmissor e receptor, etc... 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Formas comuns de linhas são: 
 • Linha Aérea 
• Linha Subterrânea 
• Linha Subaquática 
Formas e Propriedades de Linhas 
Cálculo da corrente na LT: 
Exemplo 1: 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Porque elevar a tensão de geração para transmitir? 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada 
Cálculo da perda de potência na LT: 
Cálculo da resistência ôhmica 
dos condutores de alumínio: 
Exemplo 1: 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Porque elevar a tensão de geração para transmitir? 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada 
Cálculo da seção do condutor: 
Observação - resistividade 
do alumínio 
Cálculo da corrente na LT: 
Exemplo 2: 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Porque elevar a tensão de geração para transmitir? 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada 
Cálculo da perda de potência na LT: 
Cálculo da resistência ôhmica 
dos condutores de alumínio: 
Exemplo 2: 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Porque elevar a tensão de geração para transmitir? 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada 
Cálculo da seção do condutor: 
Observação - resistividade 
do alumínio 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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• Comparando os resultados dos Exemplos 1 e 2 podemos concluir que o objetivo de se 
elevar à tensão das usinas geradoras antes das etapas de transmissão é: 
 
• Diminuir a corrente nos condutores 
 
• Utilizar condutores de menor seção, facilitando a montagem e a manutenção das 
linhas de transmissão 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada 
• É empregada para fins especiais como: 
 
• Ligar dois sistemas que operam a frequências diferentes – interligação assíncrona 
• Exemplo: sistema de Itaipu 50 Hz 
• Transmissão subterrânea ou subaquática de longa distância 
• Transmissão aérea de longa distância 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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• Transmissão de energia elétrica em corrente contínua tem como vantagem à utilização 
de dois condutores: um positivo e outro negativo 
Linhas Aéreas em Corrente Contínua 
• No Brasil os sistema de transmissão em 
corrente contínua de Itaipu (600 kV) e 
Belo Monte (800 kV) 
 
• O sistema de Itaipu transmite 6.300 MW 
gerados na usina de Itaipu até a cidade 
de Ibiúna no estado de São Paulo 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Linhas Aéreas em Corrente Contínua 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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• Os componentes básicos são: 
• Condutores 
• Isoladores 
• Estrutura de Suporte 
• Para-raios 
Componentes Básicos 
• Características necessárias: 
• Alta condutibilidade elétrica 
• A resistência elétrica de um condutor depende 
 
 
 
 
 
• Natureza e pureza do material condutor, que determina a sua resistividade 
• ρ [Ω.m] 
• Temperatura 
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• Cabos condutores 
• São os elementos das linhas responsáveis pela transporte da energia elétrica sob 
a forma de corrente elétrica 
Cabos Condutores Componentes Básicos 
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• Características necessárias: 
• Comprimento 
• O encordoamento aumenta em cerca de 1 a 2% o comprimento dos 
condutores com um aumento de resistência da mesma ordem 
 
 
 
 
 
 
• Alta condutibilidade elétrica 
• Baixo custo 
• Baixo peso específico 
• Boa resistência mecânica (solido = ruptura no ponto de conexão com a cadeia de 
isoladores) 
• Alta resistência à oxidação e a corrosão por agentes químicos poluentes 
• Os materiais condutores mais utilizados nas linhas são o cobre e o alumínio 
 
• Os materiais condutores mais utilizados nas linhas são o cobre e o alumínio 
 
Cabos Condutores Componentes Básicos 
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• Características do Cobre: 
 
• Utilizado desde 6000 a.C. nos tempos pré-históricos 
• Os maiores produtores são EUA, Rússia, Chile, o Brasil produz menos de 10% do 
que consome 
• Ponto de fusão - 1083 °C e ponto de ebulição - 2595 °C 
• Pureza do cobre eletrolítico é 99.9 % (ρ=0,01639Ω mm2/m) 
• Boas características mecânicas – resistência à tração 
• Os agentes atmosféricos (óxido de enxofre – SO2) formam em sua superfície uma 
película verdosa, constituída por sulfato de cobre, formando uma camada 
protetora, o que reduz o processo de oxidação que prejudica os contatos elétricos 
devido à alta resistividade 
Cabos de Cobre Componentes Básicos 
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• Características do Cobre: 
 
• Ductibilidade: Propriedade de um material de sofrer deformações 
permanentes numa determinada direção sem atingir a ruptura 
• Indica a maior ou menor possibilidade do material ser estirado ou 
reduzido a fios 
• Maleabilidade: Capacidade do material de sofrer grandes deformações 
permanentes, em todas as direções, sem atingir a ruptura 
 
• Quando estirado a frio duplica sua resistência mecânica e dureza 
 
• Resiste bem à ação da água, de fumaças, sulfatos, carbonatos, sendo atacado 
pelooxigênio do ar e, em presença deste, ácidos, sais e amoníaco podem corroer 
 
Cabos de Cobre Componentes Básicos 
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• Vantagens do Cobre: 
 
• Baixa resistividade (0,0172Ωmm2/m do Cu recozido) 
• Baixa oxidação: oxidação lenta perante elevada umidade em relação a diversos 
outros metais - Oxidação rápida a temperatura acima de 120o C 
• Fácil deformação a frio e a quente 
• Alta resistência à corrosão 
• Permite fácil soldagem 
Cabos de Cobre Componentes Básicos 
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• Cabos condutores: 
 
• Cabos de cobre (linhas subterrâneas): sólidos ou encordoados 
 
• Condutores isolados com papel impregnado em óleo 
 
• Existem outros tipos de isolação 
Formação de Cabos Componentes Básicos 
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• Exemplos: 
• A travessia de rios e canais por linhas 
aéreas demanda um projeto especial, por 
quase sempre haver a necessidade de 
transpor um vão muito grande 
• Neste caso, a catenária formada pelos 
cabos será imensa, necessitando o uso 
de cabos com liga especial e torres 
gigantescas 
 
• O uso de linhas subaquáticas evita o uso 
destas estruturas, reduzindo a poluição 
visual e evitando problemas em locais com 
travessias de navios 
• A linha submarina tem a limitação de 
possuir uma grande capacitância, 
reduzindo o seu alcance prático para 
aplicações em corrente alternada, fato 
no qual é preferível o uso de linhas em 
corrente contínua – DC 
Projetos Especiais Componentes Básicos 
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• Características do Alumínio: 
• Utilizado há 4000 anos 
• Metal mais abundante na crosta terrestre, perdendo em utilização na indústria para 
o ferro e o aço e no setor elétrico para o cobre 
• Os maiores produtores são EUA, Rússia, Japão 
• O Brasil produz 70% do que consome (Minas Gerais e Pará) 
• Densidade 2,7 g/cm ³ 
• Físicas - grande Ductibilidade e Maleabilidade 
• Ponto de fusão 660,2 °C e ponto de ebulição 2467 °C 
• Pureza 99,5% 
• Boas características mecânicas – resistência à tração 
• A soldagem não é fácil 
• Grande afinidade pelo oxigênio do ar 
• É atacado pelo ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico diluído e por soluções 
salinas 
Cabos de Alumínio Componentes Básicos 
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• Cabos Condutores: 
 
• Os condutores de alumínio utilizados nas linhas podem ser divididos em: 
 
• CA - condutores de alumínio encordoados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cabos de Alumínio Componentes Básicos 
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• Cabos Condutores: 
 
• Os condutores de alumínio utilizados nas linhas podem ser divididos em: 
 
• CAA - condutores de alumínio encordoados reforçados por um núcleo, ou 
alma de aço 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cabos de Alumínio Componentes Básicos 
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• Cabos Condutores: 
 
• Características dos Condutores: Cobre x Alumínio: 
 
• Fixados um mesmo comprimento e uma mesma resistência elétrica do 
circuito: 
• O volume de alumínio será maior, pois será necessária uma seção 
condutora maior para compensar sua condutividade, inferior em relação 
à do cobre 
 
• Devido à maior densidade do cobre, o peso em cobre será 
aproximadamente o dobro em relação ao do alumínio 
 
• Isso confere uma vantagem adicional ao alumínio, que pode ser utilizado com 
estruturas de sustentação mais leves, além do seu custo mais baixo 
Cabos de Alumínio Componentes Básicos 
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• Cabos Condutores: 
 
• Características dos Condutores: Cobre x Alumínio: 
 
• Para um mesmo valor de corrente, o condutor de alumínio deve ter uma 
seção 60% maior que o de cobre, porém pesa a metade deste 
 
• O alumínio é inferior ao cobre tanto elétrica quanto mecanicamente e estão 
separados eletroquimicamente por 2 V 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cabos de Alumínio Componentes Básicos 
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• Ligas Metálicas e Condutores Compostos: 
 
• Ligas de Cobre: Copperweld 
• Ligas de Alumínio: Allumoweld. 
• ACSR (Aluminium Core Steel Reinforced) ou CAA (Cabos de Alumínio-Aço) 
Ligas Metálicas e Condutores Compostos Componentes Básicos 
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• Condutor em Alumínio Reforçado por Compósito – ACCR 
• Propriedades: 
• Alma em compósito de alumínio cerâmico 
• Coroas em liga de alumínio especial (Al-Zr) para trabalho em alta temperatura 
• Possibilidade de construção da alma arredondada ou compacta 
• Alma com baixa expansão térmica, baixo peso e alta resistência mecânica 
• Resistente à corrosão 
Ligas Metálicas e Condutores Compostos Componentes Básicos 
• Condutor em Alumínio Reforçado por Compósito – ACCR 
• Aplicações e Vantagens : 
• Aumentos significativos de ampacidade (de 1,5 a 3 vezes) 
• Uso das torres existentes 
• Gargalos em linha de transmissão 
• Repotenciação térmica 
• Áreas montanhosas e/ou de difícil acesso 
• Necessidade de maior altura livre (menor flecha) 
• Interferências mínimas ao meio ambiente 
• Diminui o tempo e o custo total do projeto 
• Evita a necessidade de construção de novas linhas no caso de linhas aéreas 
sobrecarregadas 
• Flecha reduzida em vãos longos 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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Cabos de Fibras Ópticas Componentes Básicos 
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• O alumínio, em virtude de seus diâmetros maiores, tem melhor desempenho diante do 
Efeito Corona podem causar interferência no sistema de comunicação 
Efeito Corona Componentes Básicos 
• Efeito Corona: 
 
• Ocorre devido às partículas de ar, de poeiras e a alta umidade (vapor d'água) 
encontrada em torno dos condutores, que quando submetido a um campo elétrico 
muito elevado e intenso, tornam-se ionizadas e, como consequências, emitem luz 
e podem causar interferência no sistema de comunicação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Linhas de Transmissão e Distribuição 
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• Cabos Para-raios: 
 
• As principais características são: 
 
• Ocupam a parte superior das 
estruturas 
 
• São utilizados para interceptar 
as descargas atmosféricas e 
as descargas por meio das 
estruturas 
 
• São geralmente de aço ou liga 
de alumínio 
 
• Podem ser utilizados para 
telecomunicação e 
telemedição (OPGW) 
Cabos Para-Raios Componentes Básicos 
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• Cabos Para-raios: 
 
• As principais características são: 
 
• A utilização de fibra ótica em cabos para-raios (OPGW– Optical Ground Wire) 
quer seja incorporada ao núcleo do cabo ou espiralada externamente, 
constitui numa modalidade de utilização do sistema de transmissão e 
comunicação nos serviços de telefonia e transmissão de dados 
Cabos Para-Raios Componentes Básicos 
Próxima Aula 
• Unidade II 
• Próxima Linhas de Transmissão 
• Isoladores 
• Estruturas da Linha de Transmissão 
• Projeto 
• Parâmetros• Modelo 
 
• Sugestão: 
• Ver Ementa do Curso 
• Fontes de leitura [8], [11], [15] a [17] 
 
• Boa Noite! 
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