GTD_Aula_009_Linhas_de_Transmissão_01_Isoladores

Prévia do material em texto

Geração, Transmissão e Distribuição 
de Energia Elétrica 
 
EELET.10N1 
Aula 09 
 
Prof. Edgard Pereira Cardoso 
2/2014 
Centro Universitário Newton de Paiva 
Instituto de Ciências Exatas 
Escola de Engenharia Elétrica 
1 
 Linhas de Transmissão 
2 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
Introdução 
3 
• As linhas de transmissão são condutores através dos quais 
a energia elétrica é transportada de um ponto 
transmissor a um terminal receptor 
• Formas comuns de linhas de transmissão são: 
 Linha Aérea: Corrente alternada ou em Corrente 
Contínua; 
 Linha Subterrânea : Corrente Alternada; 
 Linha Subaquática: Corrente Alternada 
Introdução 
4 
• Os sistemas de transmissão proporcionam à 
sociedade um benefício reconhecido por todos: o 
transporte de energia elétrica entre os centros 
produtores e os centros consumidores. 
• Estas interligações podem ser designadas em 
função do nível a que pertencem; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
5 
• Linhas de Transmissão (LT): são linhas que operam com 
as tensões mais elevadas do sistema, tendo como função 
principal o transporte de energia entre os centros de 
produção e os centros de consumo; 
Introdução 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
6 
Introdução 
• Linhas de Sutransmissão (LDs): normalmente operam em 
tensões inferiores aquelas dos sistemas de transmissão. Sua 
função é a distribuição a granel da energia transportada pelas 
linhas de transmissão 
• Nascem nos barramentos das subestações regionais e 
terminam em subestações abaixadoras locais. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
7 
Introdução 
• As linhas de transmissão e de subtransmissão 
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 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
8 
Introdução 
• O sistema de transmissão de energia elétrica 
compreende toda rede que interliga as usinas 
geradoras às subestações da rede de distribuição; 
• A eletricidade é em geral transmitida a longas 
distâncias através de linhas de transmissão aéreas 
• A transmissão subterrânea é usada somente em áreas 
densamente povoadas devido a seu alto custo de 
instalação e manutenção 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
9 
• Em geral apenas poucos consumidores com alto consumo 
de energia elétrica são conectados às redes de transmissão 
onde predomina a estrutura de linhas aéreas 
• O nível de Tensão de Transmissão depende do país, mas 
normalmente o nível de tensão estabelecido está entre 220 
kV e 765 kV 
• O nível de Tensão de Subtransmissão depende do país, 
mas normalmente o nível de tensão está entre 35 kV e 160 
kV. 
Introdução 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
10 
Transmissão de Energia Elétrica no Brasil 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
11 
Linha Subterrânea : Corrente Alternada 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
12 
Linha Subterrânea : Corrente Alternada 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
13 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada - CA 
• A tensão nas linhas de transmissão é maior que 
a tensão fornecida pelos geradores nas usinas 
(não maiores que 35 kV); 
• Mas qual o motivo de se elevar à tensão 
gerada antes da etapa de transmissão? 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
14 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada - CA 
• Na figura abaixo nos mostra um diagrama 
representando as etapas de geração e transmissão de 
energia elétrica: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
15 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada - CA 
• Cálculo da corrente na LT: 
 Cálculo de perda de potência na LT: 
 Cálculo da resistência ôhmica dos condutores de alumínio: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
16 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada - CA 
• Cálculo da seção do condutor: observação - resistividade do alumínio: 
• Na figura abaixo nos mostra agora que a tensão do gerador é elevada 
por meio de um equipamento denominado transformador elevador 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
17 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada - CA 
• Cálculo da corrente na LT: 
• Cálculo de perda de potência na LT: 
• Cálculo da resistência ôhmica dos condutores de alumínio: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
18 
Linhas Aéreas em Corrente Alternada - CA 
• Cálculo da seção do condutor: observação - resistividade do alumínio: 
• 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; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
19 
Linhas Aéreas em Corrente Contínua - CC 
• Transmissão de energia elétrica em corrente contínua 
tem como vantagem à utilização de dois condutores: um 
positivo e outro negativo. 
• É empregada para fins especiais como: 
 Ligar dois sistemas que operam a frequências 
diferentes – interligação assíncrona; 
 Transmissão subterrânea ou subaquática de longa 
distância; 
 Transmissão aérea de longa distância; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
20 
Linhas Aéreas em Corrente Contínua - CC 
• Na Usinas temos geração de corrente 
alternada, para transmissão em corrente 
contínua precisamos elevar a tensão e em 
seguida fazer o processo denominado 
retificação 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
21 
Linhas Aéreas em Corrente Contínua - CC 
• São utilizadas para transmitir 6.300 MW gerados na 
usina de Itaipu até a cidade de Ibiúna no estado de São 
Paulo; 
• No Brasil temos duas linhas de transmissão em 
corrente contínua de 600 kV; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
22 
Linhas Aéreas em Corrente Contínua - CC 
Subestação retificadora de Foz do Iguaçu 
Subestação inversora de Ibiúna 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
23 
Linhas Aéreas em Corrente Contínua - CC 
Linha de transmissão em Corrente Contínua Linha de transmissão em Corrente Alternada 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
24 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• Os componentes básicos de uma linha de transmissão aérea são: 
 Condutores, 
 Isoladores; 
 Estrutura de Suporte; 
 Para-raios 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
25 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
 São os elementos das LTsresponsáveis pela transmissão da 
energia elétrica sob a forma de corrente elétrica. 
Características necessárias: 
• Cabos condutores 
 Alta condutibilidade elétrica; 
 A resistência elétrica de um condutor depende; 
 Natureza e pureza do material condutor, que 
determina a sua resistividade ρ [Ω.m].; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
26 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
 Comprimento, o encordoamento aumenta em cerca 
de 1 a 2% o comprimento dos condutores com um 
aumento de resistência da mesma ordem. 
Cabos Encordoados 
 Temperatura; 
• Cabos condutores 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
27 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• Cabos condutores 
 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 LTs são o 
cobre e o alumínio; 
 Características necessárias: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
28 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• 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 
 Densidade 8,95 g/cm³; 
 Ponto de fusão - 1083 °C e ponto de ebulição - 
2595 °C; 
 Pureza do cobre eletrolítico é 99.9 % (ρ=0,01639Ω 
mm2/m); 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
29 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• Características do Cobre 
 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; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
30 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
 Muito Dúctil e Maleável 
 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. 
• Características do Cobre 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
31 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
 Resiste bem à ação da água, de fumaças, sulfatos, 
carbonatos, sendo atacado pelo oxigênio do ar e, 
em presença deste, ácidos, sais e amoníaco 
podem corroer; 
 Quando estirado a frio duplica sua resistência 
mecânica e dureza; 
• Características do Cobre 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
32 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• 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. 
Fio e Cabo de cobre 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
33 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• 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 na elétrica 
para o cobre 
 Os maiores produtores são EUA, Rússia, Japão...o Brasil 
produz 70 % do que consome (Minas Gerais e Pará); 
 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 
 Densidade 2,7 g/cm ³; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
34 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• Características do Alumínio: 
 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. 
Cabo de Alumínio com Alma de Aço Fio e Cabo de Alumínio 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
35 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• Características do Alumínio: 
 Os condutores de alumínio utilizados nas LTs podem ser 
divididos em: 
 CA - condutores de alumínio encordoados 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
36 
Componentes Básicos de uma Linha de Transmissão Aérea 
• Características do Alumínio: 
 CAA - condutores de alumínio encordoados reforçados por 
um núcleo, ou alma de aço. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
37 
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 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
38 
Características dos Condutores: Cobre X Alumínio 
 Isso confere uma vantagem adicional ao alumínio, que 
pode ser utilizado com estruturas de sustentação mais 
leves, além do seu custo mais baixo. 
 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. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
39 
Características dos Condutores: Cobre X Alumínio 
• Ligas Metálicas e Condutores Compostos: 
Dados Comparativos entre Cobre e Alumínio 
 Ligas de Cobre: Copperweld 
 Ligas de Alumínio: Allumoweld. 
 ACSR (Aluminium Core Steel Reinforced) ou CAA (Cabos de 
Alumínio-Aço) 
Copperweld 
Allumoweld. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
40 
Características dos Condutores: Cobre X Alumínio 
• O alumínio, em virtude de seus diâmetros maiores, tem melhor 
desempenho diante do Efeito Corona podem causar 
interferência no sistema de comunicação). 
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 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
41 
Efeito Corona 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
42 
Cabos Para-raios 
• As principais características dos cabos para-raios utilizados em 
linhas de transmissão: 
 Ocupama parte superior das estruturas; 
 Podem ser utilizados para telecomunicação e tele medição. 
 São utilizados para interceptar as descargas atmosféricas e as 
descargas por meio das estruturas; 
 São geralmente de aço ou liga de alumínio; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
43 
Cabos Para-raios 
• 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. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
44 
Isoladores 
 Suspensão; 
• Com relação aos condutores, os isoladores têm a função de: 
• Função de isolar eletricamente os condutores energizados das 
estruturas de transmissão e resistir às solicitações mecânicas e 
elétricas oriundas dos cabos condutores. 
 Ancoragem (fixar); 
 Separação; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
45 
Isoladores 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
46 
Isoladores 
 Forças verticais pelo peso dos condutores; 
• Os isoladores são sujeitos a solicitações mecânicas e 
elétricas: 
 Forças horizontais axiais para suspensão; 
 Forças horizontais transversais pela ação dos ventos 
 Solicitações Mecânicas: 
 Tensão nominal e sobretensão em frequência industrial; 
 Oscilações de tensão de manobra; 
 Transitórios de origem atmosférica; 
 Solicitações Elétricas: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
47 
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: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
48 
Isoladores 
• Para aumentar o caminho de fuga e, portanto a resistência de 
fuga, os isoladores são construídos com curvas e saias. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
49 
Isoladores 
• Quanto ao material de fabricação os 
isoladores são produzidos de: 
 Porcelana vitrificada; 
 Vidro temperado; 
 Polímeros. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
50 
Isoladores 
• Porcelana Vitrificada (Cerâmica) : 
 Se caracterizam, em geral: 
• Preço baixo; 
• Boas características elétricas ou dielétricas, térmicas e 
mecânicas; 
• Processo de fabricação relativamente simples; 
• Composição da cerâmica (Argila, Caolim, Quartzo e 
Feldspato) 
• 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; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
51 
Isoladores 
Isoladores de Pino Isoladores de Disco 
• Porcelana Vitrificada (Cerâmica) : 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
52 
Configuração de Isoladores 
• Isoladores de Vidro : 
 O vidro é basicamente 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. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
53 
Configuração de Isoladores 
 Devido a têmpera, a camada externa do vidro sofre 
uma contração acentuada, o que faz predominarem 
na “casca” externa, os esforços de compressão; 
• Isoladores de Vidro : 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
54 
Configuração de Isoladores 
• 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 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
55 
Configuração de Isoladores 
• Isoladores de Polímeros: 
 Características dos 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; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
56 
Configuração de Isoladores 
• Isoladores de Polímeros: 
 Características dos Polímeros: 
 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; 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
57 
Configuração de Isoladores 
• Isoladores de Polímeros: 
 Características dos Polímeros: 
 Pesa até 13 vezes menos que uma cadeia de 
isoladores convencionais 
 Impenetrabilidade: podem ser lavados sob alta 
pressão. 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
58 
Configuração de Isoladores 
• Estrutura de um Isolador Polimérico: 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
59 
Configuração de Isoladores 
• Cabos de cobre (linhas subterrâneas): sólidos ou 
encordoados. 
• Condutores isolados com papel impregnado em óleo. 
Existem outros tipos de isolação 
 - CUNP/ICET/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 2/2014 
 - CUNP/ICE/EE - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica - 1/2014 60 
Configuração de Isoladores 
Incluir fotos da apresentação Transmissão de Energia 
Elétrica _Capt02 _pdf