ATIVIDADE PROPOSTA LINHAS DE TRANSMISSÃO

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO CLARETIANO 
 
Curso Engenharia Elétrica 
Disciplina Linhas de Transmissão 
Tutor Laudo Correa de Miranda 
Código da Turma DGEEL1402RVDA0Q 
Aluno Daniel Bezerra Alves – RA 1156178 
Aluno Moisés Lemes dos Santos – RA 1158365 
Unidade Polo de Rio Verde – GO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2017 
Atividade no Portfólio 
Objetivos 
 
 Adquirir desenvoltura nos cálculos para a encontrar o ponto ótimo de 
operação da linha. 
 
 
 Entender e organizar os procedimentos seqüenciais e cíclicos para 
encontrar os valores ótimos de operação. 
 
Descrição da atividade: 
Digamos que você tem que atender uma cidade com uma potencia media de 
250 MVA que esta a 200 km de distancia da sua geração. O que você faria? Com 
esses dados você determina a tensão para ter uma corrente baixa que pode ser 
128, 230, 500 KV. 
 
 Descrever as características de tal modalidade no início do trabalho. 
 
 
 Trabalho deverá conter um mínimo de cinco páginas, entre introdução, 
descrição da linha, métodos e cálculos utilizados e conclusão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
Desde a descoberta da eletricidade até os dias de hoje, ainda não foi possível 
transmitir a energia elétrica pelo ar, ao menos não de forma economicamente 
viável. Desse modo, há a necessidade de encaminhar a energia gerada nas 
usinas, sejam elas térmicas, hidráulicas, termo-nucleares, eólicas, solares, etc., 
até os centros urbanos - onde, em sua maioria, a energia elétrica será consumida. 
É, portanto, a partir desse ponto que surge a necessidade de construção das 
redes de energia elétrica – do contrário, não haveria como a energia gerada 
chegar ao seu destino final. 
Ao sair das usinas e seus geradores, a eletricidade é transportada através de 
cabos aéreos, ou seja, cabos visíveis por não estarem enterrados, sendo 
revestidos por camadas isolantes e fixados em grandes (e altas) torres de metal. 
Chamamos a todo esse conjunto de cabos e torres, portanto, de rede de 
transmissão de energia elétrica. As Transmissoras de energia costumam 
administrar as Linhas de Transmissão com as maiores voltagens; contudo, há 
também redes de menor voltagem dentro das próprias distribuidoras de energia 
elétrica, isso para permitir que as distribuidoras possam levar a energia de 
voltagens menores e mais seguras aos clientes de sua área de concessão. 
Outros elementos importantes das redes de transmissão são os isolantes de vidro 
ou porcelana, os circundam e sustentam os cabos, impedindo descargas elétricas 
durante o trajeto e, com isso, prevenindo acidentes e minimizando custos de 
perdas/ manutenção. 
Além das linhas de transmissão propriamente ditas, as redes de transmissão de 
energia elétrica também são compostas por subestações de transformação, 
dotadas de transformadores e equipamentos de proteção e controle. A seguir, 
descreveremos esses componentes em maiores detalhes. 
 
As linhas (redes) de transmissão 
As linhas de transmissão são basicamente constituídas por fios condutores 
metálicos suspensos em torres, também metálicas, por meio de isoladores 
cerâmicos ou de outros materiais altamente isolantes. Como os sistemas de 
potência são trifásicos, geralmente existem três conjuntos de cabos de cada lado 
das torres, acompanhados por um cabo mais alto, no topo, que é o cabo para-
raios, ou também chamado de cabo guarda. 
As linhas de transmissão se estendem por longas distâncias, conectando também, 
além de usinas geradoras aos grandes consumidores, aqueles que adquirem 
energia em alta tensão, como fábricas e mineradoras, ou às empresas 
distribuidoras de energia, as quais vão se encarregar de transportar a energia aos 
consumidores de menor porte. 
No Brasil, as linhas de transmissão são classificadas de acordo com o nível de 
tensão de sua operação, mensurado em Kilo Volt (kV - milhares de Volts). Para 
cada faixa de tensão, existe um código que representa todo um conjunto de linhas 
de transmissão de mesma classe. São eles: 
A1 – tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV 
A2 – tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV 
A3 – tensão de fornecimento de 69 kV 
Em termos organizacionais, a classe A1 é representativa do sistema de 
transmissão interligado, ou Sistema Interligado Nacional (SIN), também 
denominado rede básica. Na classe A1, existem 77 concessionárias dos serviços 
públicos de transmissão, responsáveis pela administração de mais de 100 mil 
Km de linhas. As empresas transmissoras também operam instalações de tensão 
inferior a 230 kV, que são as chamadas Demais Instalações da Transmissão 
(DIT). 
As classes A2 e A3, quando não são de propriedade das transmissoras, 
representam as redes denominadas de sub-transmissão, que, ao contrário das 
redes de transmissão propriamente ditas, são administradas pelas empresas de 
distribuição. 
A transmissão de energia é dividida em duas faixas: a transmissão propriamente 
dita, para potências mais elevadas e ligando grandes centros, e a distribuição, 
usada dentro de centros urbanos, por exemplo. 
Cada linha de transmissão possui um nível de tensão nominal, onde encontramos 
valores até de 750 kV, com diversos estudos e protótipos em 1 a 1,2 MV. As linhas 
de distribuição são usualmente na faixa de 13,8 kV no Brasil, e 15KV em Portugal 
continental. Para a conversão entre níveis de tensão, são usados como 
equipamento fundamental o transformador de potência. Os transformadores de 
grande porte (para grandes elevações ou diminuições na tensão do sistema) 
encontram-se normalmente nas subestações. 
Em sistemas de grande porte, é usual a interligação redundante entre sistemas, 
ou ainda a ligação em Anel, formando uma rede. O número de interligações 
aumenta a confiabilidade do sistema, porém aumentando a complexidade. A 
interligação pode tanto contribuir para o suprimento de energia quanto para a 
propagação de falhas do sistema: um problema que ocorra em um ponto da rede 
pode afundar a tensão nos pontos a sua volta e acelerar os geradores, sendo 
necessário o desligamento de vários pontos, incluindo centros consumidores, 
provocando um blecaute. 
 
Componentes do sistema de transmissão de energia elétrica 
Todo o sistema de transmissão de energia elétrica pode ser entendido se 
analisarmos três componentes principais: torres, isoladores e subestações. As 
torres têm como função principal erguer as linhas de transmissão a uma altura 
segura, principalmente para evitar qualquer tipo de contato com pessoas, veículos, 
animais ou mesmo com a vegetação de uma determinada localidade. Essas torres 
são projetadas e instaladas para suportar a força dos ventos e até mesmo 
pequenos tremores de terra. 
Os isoladores, por sua vez, evitam que a energia seja dissipada e suportam o 
peso dos cabos que transmitem a energia elétrica. Normalmente, são fabricados 
com polímeros, cerâmica ou vidro. 
As subestações, por fim, são os locais em que a energia é retransmitida e 
adequada para o uso final, ou seja, a corrente chega em um ponto com uma 
tensão muito elevada (imprópria para aplicação) e a subestação reduz a voltagem 
até um padrão que permite utilização segura e eficiente. 
No Brasil, 80% da geração de energia elétrica advém de fontes e hidrelétricas, 
11% de termoelétricas e o restante por outros processos. A partir da usina, a 
energia é transformada em subestação elétricas, elevadas a níveis de tensão 
(69/88/138/240/440kV) e transportada em corrente alternada através de cabos 
elétricos, até as subestações rebaixadoras, delimitado a fase de transmissão. 
 
 
Transmissão em corrente alternada 
O uso de corrente alternada para transmissão de energia tornou-se evidente pela 
capacidade dos transformadores elevarem a tensão e reduzir a corrente elétrica, 
reduzindo ao quadradoas perdas na linha pelo Efeito Joule: 
 
Sendo P a perda de potência, R a resistência equivalente da linha e I a corrente. 
Limites da transmissão 
Torres 
O projeto das torres deve ser otimizado para tornar o custo viável, não deixando 
de suportar os cabos em qualquer condição de vento, temperatura, e quando 
aplicável, na formação de gelo. 
As torres são usualmente construídas em aço, com algumas alternativas em 
madeira e concreto para tensões de até 13,8kV, e com estudos na utilização de 
alumínio e outras ligas. 
Um problema de difícil solução no projeto de torres são os casos de vandalismo e 
furto. 
Ampacidade 
Trata-se da capacidade máxima de corrente elétrica nos condutores. Conforme a 
corrente aumenta, a temperatura eleva-se e os condutores se dilatam, 
aumentando a flecha e diminuindo a distância do centro do vão para o solo. Esta 
distância deve ser tal para evitar contatos com o solo ou outros elementos, como 
animais e pessoas. 
Eventualmente a linha pode operar em regime de emergência, com sobrecarga, o 
que é previsto em projeto mas não deve ser utilizado com freqüência. Os limites 
de operação normal e de emergência variam para cada país. 
O aumento da temperatura nos condutores eleva a resistência, no qual altera a 
própria corrente. O vento em contacto com o condutor é um elemento relevante no 
resfriamento, além da convecção. A radiação solar também influencia na elevação 
da temperatura do condutor. 
Potência natural 
Para linhas longas, usualmente de extra-alta tensão, o limite de transmissão, sem 
o uso de equipamentos adicionais, tende para a potência natural, ou potência 
característica da linha. Este valor equivale a uma absorção total da energia por 
uma carga com fator de potência unitário que esteja demandando esta potência. 
Neste regime toda a energia reativa gerada pela linha é consumida pela própria. É 
determinado pela equação: 
 
 
A forma intuitiva de aumentar a capacidade de transmissão é elevar a tensão 
nominal da linha. Obviamente isto implica limites operacionais dos equipamentos. 
Outra maneira tradicional de aumentar a capacidade de transmissão é 
compensando a linha, anulando desta forma, parcialmente, os valores 
de capacitância e indutância da linha. 
Os valores de indutância e capacitância são basicamente determinados pela 
posição dos cabos de fase. Quanto maior a capacitância, ou menor a indutância, 
menor a impedância de surto e maior a potência característica. Uma linha pode ter 
sua potência natural elevada, otimizando desta forma sua capacidade de 
transmissão para longas distâncias. 
 
Problema Proposto: 
Digamos que você tem que atender uma cidade com uma potencia media de 250 
MVA que esta a 200 km de distancia da sua geração. O que você faria? Com 
esses dados você determina a tensão para ter uma corrente baixa que pode ser 
128, 230, 500 KV. 
Resposta: 
Primeiramente, vamos calcular para qual tensão teremos uma menor corrente, o 
que reduz o custo da linha, já que utilizaremos um condutor de menor bitola. 
� =
��
√3	�		
 
Como a potência solicitada é considerável, vamos começar o cálculo pela tensão 
de 230KV. 
� =
250	�	10�
√3	�	230	�	10�
= 627,55	� 
O valor da corrente encontrado para a tensão de 230KV é bastante elevado, o que 
encareceria bastante a execução da linha de transmissão. 
Vamos agora fazer o mesmo cálculo para a tensão de 500KV. 
� =
250	�	10�
√3	�	500	�	10�
= 288,67	� 
Conforme valor de corrente encontrado, temos para a tensão de 500KV, uma 
melhor alternativa para construção da linha de transmissão, visto que os custo 
com os cabos serão bem inferiores em comparação com a linha de 230KV. 
A planilha abaixo, reforça a escolha da tensão escolhida. A mesma foi retirada do 
site da Chesf. 
 
O meio de passagem da linha, será do tipo aéreo. O cabo utilizado será de 
alumínio CAL. O cabo CAL é um condutor com encordoamento concêntrico 
composto de uma ou mais camadas (coroas) de fios de liga de alumínio 6201-T81. 
O mesmo foi escolhido conforme a tabela abaixo: 
 
Cálculo das perdas: 
Vamos calcular a perda por efeito joule: 
Temos: I = 288,67A, Resistencia do condutor = 0,33733Ω 
�� = �	�	�² 
�� = �0,33733��	200�	�288,67�� �	5.622W 
As perdas relativas e a potência transmitida compõe o fator de eficiência da linha: 
 
Onde E varia entre 0 e 1. Para a linha em questão, temos os valores: 
� �
250	�	10� � 5622
250	�	10³
� 0,977 
O valor encontrado, atende aos requisitos de eficiência de uma linha de 
transmissão. 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia: 
REDES DE ENERGIA ELETRICA. Produzido por ABRADEE. Disponível em < 
http://www.abradee.com.br/setor-eletrico/redes-de-energia-eletrica > ,acessado dia 09/03/2017. 
COMO FUNCIONAM AS LINHAS DE TRANSMISSÃO ELÉTRICA. Produzido por Tecnogera. 
Disponível em < http://www.tecnogera.com.br/blog/como-funcionam-linhas-de-transmissao-de-
energia-eletrica > ,acessado dia 09/03/2017. 
TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELETRICA. Disponível em < 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transmiss%C3%A3o_de_energia_el%C3%A9trica > ,acessado dia 
09/03/2017. 
UM POUCO MAIS SOBRE O SISTEMA ELETRICO DE POTENCIA. Disponível em < 
https://www.mundodaeletrica.com.br/um-pouco-mais-sobre-o-sistema-eletrico-de-potencia-sep/ 
> ,acessado dia 09/03/2017.