Linhas de transmissão

Linhas de transmissão

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9.3.3 – Quanto ao espaçamento

Podem ser estruturas convencionais (são anteeconômicas e em geral ocupam grandes espaços) e estruturas compactas (aumento de energia transportada, otimizando e reduzindo o custo do empreendimento aumentando assim a eficiência da LT).

9.3.4 – Quanto à função mecânica

No que tange à função que desempenham as estruturas pode, muito simplesmente, ser classificadas em:

9.3.4.1 – Suspensão

As estruturas de suspensão são as mais comuns, inclusive por serem as mais simples e as mais econômicas. Sua finalidade precípua é simplesmente apoiar os cabos condutores e pára-raios, mantendo-os afastados do solo/terra e entre si, de acordo com normas de segurança bem definidas. Conforme já mostrado, elas podem ser de alinhamento reto e de ângulo pequeno ou grande, a depender das necessidades do projeto. As de alinhamento usadas em tangentes (grandes trechos retos), normalmente pequenos ângulos (de 5° a 20°). De qualquer forma, as estruturas de suspensão têm como característica comum o fato de que os condutores nelas têm continuidade, não sendo seccionados mecanicamente e sim apenas grampeados, através dos chamados grampos de suspensão, que pode, ser do tipo comum, ou pré-formados, com armadura de vergalhão, que são, em última análise, excelente proteção contra as vibrações eólicas.

9.3.4.2 – Amarração ou Ancoragem

Ao contrário das estruturas de suspensão, elas seccionam mecanicamente as LT’s, servindo de ponto de reforço e abertura eventual em eventos específicos. São suportes de segurança das LT’s e normalmente são projetadas para resistirem às cargas assimétricas, acidentais ou não, provocados por ocorrências fortuitas de porte. Elas podem ser de alinhamento ou de ângulo grande (muito eventualmente ângulos pequenos e praticados com ancoragens). As de alinhamento suportam deflexões pequenas sem maiores problemas, mas, em princípio, são projetadas para serem instaladas em tangentes. As de ângulo são normalmente estruturas muito resistentes e podem suportar ângulos de 15 a 35° (médias) e até ângulos de 90°. É evidente que há um compromisso entre os ângulos e os vãos de peso e de vento, daí resulta que durante os estudos e projetos dos padrões estruturais, este aspecto é exaustivamente examinado e dão ao final características definitivas a cada estrutura.

9.3.4.3 – Transposição

São estruturas destinadas a facilitarem a execução das transposições nas linhas de transmissão.

9.3.4.4 – ALS

São estruturas híbridas, verdadeiros arranjos que visam resolver cabos baixos e de arrancamentos, entre outros. São obtidas a partir de estruturas de suspensão, mediante marcação da posição do condutor no grampo de suspensão, em seguida baixando ao solo e seccionando o condutor para inserir uma cadeia de ancoragem dupla ou simples, que depois são suspensos novamente e fixados na estrutura, agora bem perto das vigas (cruzetas). Os pulos (jumpers) são colocados dando continuidade elétrica às LT’s. Com isto é possível ganhar altura equivalente à ½ cadeia ou cadeia completa, a depender do uso de uma ou de duas estruturas tipo ALS (suspensão e ancoragem), respectivamente. Em classe elas serão mostradas em detalhes e suas vantagens e desvantagens serão analisadas, à luz de sua aplicação. De qualquer forma trata-se de uma estrutura típica de manutenção e normalmente não constam de nenhum padrão estrutural corrente de nenhuma empresa.

9.3.5 – Configuração dos condutores

As estruturas, segundo a configuração física dos condutores, podem se classificar como segue: triangular, horizontal e vertical.

9.3.6 – Forma da resistência da estrutura

As estruturas podem, segundo a forma de resistir aos esforços que lhe são impostos, ser de dois tipos principais: autoportantes (rígidas, flexível e semi-rígida) e estaiadas.

9.3.7 – Número de linhas

As estruturas podem conter mais de um circuito, caso em que são chamadas de estruturas de circuitos duplos, triplos, etc.

9.4 – CABO CONDUTOR

Os condutores das linhas de transmissão, são considerados os elementos ativos por estarem normalmente energizados, sendo a sua escolha baseada em função das características técnicas e econômica, ou seja assegurar que a linha transfira a potência necessária a um custo razoável, visando o bom desempenho do sistema de transmissão. Para atendimento a esta premissa, os condutores devem ser selecionados com suficiente capacidade técnica para atender as condições de regime normal e de emergência. O custo dos condutores representa cerca de 60% do custo dos materiais de uma linha de transmissão, restando 40% para os demais componentes, daí a importância para o dimensionamento correto dos mesmos.

Na escolha do material que deve ser utilizado para os condutores, é fundamental considerar as seguintes características:

9.4.1 – Alta condutibilidade

O material deve ter baixa resistência elétrica, de modo que as perdas por efeito joule possam ser mantidas, dentro de limites economicamente rentáveis, considerando o custo de transporte de energia.

      1. Elevada resistência mecânica

A resistência mecânica é responsável pela integridade física dos condutores, garantindo a continuidade do serviço e segurança das instalações. Quanto maior for a resistência mecânica, mais econômico será o projeto da linha, com o aumento do rendimento de utilização das estruturas.

9.4.3 – Baixo peso especifico

Quanto menor o peso específico dos condutores, menores serão os esforços mecânicos transmitidos as estruturas, conseqüentemente serão utilizadas estruturas mais leves e mais econômicas.

9.4.4 – Alta resistência a oxidação

O material deve ser resistente às condições agressivas do ambiente uma vez que com a oxidação ocorre a, perda da secção útil do condutor, provocando a redução da sua resistência mecânica e eventual ruptura do condutor.

Os materiais que atendem a estas características são: cobre, alumínio, bem como ligas de alumínio, que são empregados em larga escala comercial atualmente.

Inicialmente foram utilizados os cabos de cobre que apresentavam como vantagens, alta condutibilidade, elevada resistência mecânica, além de alta resistência à corrosão e elevado peso específico exigindo estruturas mais robustas. Em 1895 foram construídas as primeiras linhas de transmissão com cabos de alumínio, que naquela época apresentavam as desvantagens de ter um preço mais elevado e de menor resistência mecânica quando comparado com o cobre.

A partir de 1908, com a invenção dos cabos de alumínio com alma de aço, CAA ou ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced) foram utilizados com sucesso em 1913 na linha BIG CREER na Califórnia. Estes apresentam todas as vantagens quando comparado com o cobre, sendo portanto largamente utilizado até os dias de hoje.

Se por um lado os condutores de alumínio conduzem menos que os de cobre, por outro lado apresentam menores perdas por efeito corona, uma vez que para transportar a mesma corrente, são necessários condutores de alumínio com diâmetro 1,6 maiores que o de cobre e o investimento representa cerca de 25% do investimento necessário para a bitola de cobre equivalente.

Os tipos de cabos condutores mais empregados em linhas de transmissão são:

9.4.5 - ACSR – (Aluminum Conductor Steel Reinforced)

O cabo ACSR é constituído de uma ou mais camadas concêntricas de fios de alumínio ECH-19 encordoados sobre uma alma de aço de alta resistência, galvanizado, constituído de um único fio ou de vários fios encordoados, dependendo da bitola do cabo.

A função da alma de aço é dar maior resistência mecânica ao cabo. A corrente elétrica circulará praticamente nos fios de alumínio, tanto devido a diferença de condutividade, quanto ao efeito pelicular.

O número de fios de alumínio e de fios de aço dá a formação do cabo. Diferentes formações correspondem a diferentes relações peso/carga de ruptura e, para cada peso específico haverá uma relação alumínio/aço ótima no cabo.

Em geral o cabo é denominado pela sua bitola e formação. A bitola pode ser dada em MCM que corresponde somente a área de alumínio no cabo. Um CM é uma unidade de área que corresponde à área de um círculo cujo diâmetro é igual a um milésimo da polegada, ou 0,00064516 mm2.

9.4.6 - AAC – (All Aluminum Condutor)

O cabo AAC é composto de vários fios de alumínio ECH-19 encordoados. Para um mesmo percentual de tensão em relação à carga de ruptura, esse tipo de cabo apresenta flechas superiores às do cabo ACSR, pois apresenta relações peso/carga de ruptura superior às do cabo ACSR.

Cabos AAC podem ser uma alternativa para as linhas de transmissão urbanas, onde os vãos são menores e as deflexões no traçado são maiores, utilizando dessa forma estruturas mais econômicas.

A escolha do tipo de condutor a ser utilizado nas linhas de transmissão deverá levar em conta as diferentes relações peso/carga de ruptura, resistências elétricas custos associados, além de outras características, como por exemplo a definição de um padrão adotado em cada empresa.

O dimensionamento dos cabos condutores de um sistema de transmissão é função basicamente da potência necessária a ser transportada, da distância entre subestações fonte e carga, do nível de tensão de operação e finalmente em função de considerações de ordem econômica.

Para dimensionamento dos cabos condutores, são considerados diversos fatores os quais estão inter-relacionados entre si:

  • Níveis de Tensão;

  • Queda de Tensão Admissível;

  • Perdas e Custos Conseqüentes e o custo dos condutores;

  • Condições ambientais.

10. ENSAIOS.

As linhas de transmissão, como outros equipamentos elétricos, devem passar por alguns ensaios que têm o objetivo de garantir o seu correto funcionamento. Como já foi visto, essas linhas não são um equipamento único, e sim formadas por diferentes peças e estruturas. Por isso, os ensaios feitos nas linhas de transmissão são diferentes ensaios realizados nessas peças.

10.1 - ENSAIOS EM FERRAGENS

Os ensaios realizados nas ferragens da linha de transmissão, como representado na figura 10.1.1, são divididos nos seguintes grupos:

Figura 10.1.1 – Ensaio de carga em estrutura de linha de transmissão.

10.1.1 - Ensaios de protótipo.

Os ensaios de protótipo são ensaios de verificação eletromecânica do projeto. Eles se restringem, geralmente, às provas de verificação da tensão de radio-interferência corona e arco de potência. A ferragem em si não precisa da realização desse ensaio, pois o seu anteprojeto passa por diversos desenvolvimentos, aperfeiçoamentos e ensaios em protótipos antes de ser liberada para comercialização.

10.1.2 - Ensaios de tipo da ferragem em geral.

Os ensaios de tipo correspondem à verificação de determinadas características físicas, químicas e de desempenho elétrico. São realizados com matéria-prima, produtos semi-acabados durante o ciclo industrial, acabados ou conjuntos.

Nas ferragens em geral das linhas de transmissão, o ensaio de tipo [e subdividido, basicamente, nos seguintes ensaios:

10.1.2.1 - Determinação da composição química

Esse ensaio é normalmente realizado na recepção da matéria-prima. Ele é destinado à verificação de elementos que poderiam causar fragilidade, redução de condutibilidade e resistência mecânica ou corrosão.

10.1.2.2 - Ensaios de descontinuidade

Esse ensaio é aplicado em componentes fabricados com materiais ferrosos pelo forjamento, no qual é verificado a existência de trincas e outras descontinuidades na peça; pela fundição,no qual verifica-se falhas pela irradiação de componentes com raios X ou gama; e pela soldagem em geral, que utiliza um liquido penetrante para detectar descontinuidades superficiais como fendas, fissuras, etc.

10.1.2.3 - Ensaios de aquecimento

Esse ensaio define dois defeitos que podem ocorrer nas estruturas. Um deles é a geração de calor, que juntamente com a umidade acelera o processo de corrosão. A outra são as perdas em Watts, que podem acarretar um aumento significativo nas perdas da linha.

10.1.2.3.4 - Ensaios de condutividade

Nesse ensaio são submetidas apenas ferragens condutivas. Ele consiste na comparação da resistência elétrica de dois pedaços de cabo fixado no componente em teste e pedaço de condutor, com comprimento equivalente nos coligados. A resistência elétrica dos dois deve ser igual.

10.1.2.3.5 - Ensaios de envelhecimento da ferragem

Esse ensaio é feito através da aplicação de 200 ciclos térmicos, aquecimento a 120ºC, durante 12 minutos e sucessivo resfriamento à temperatura ambiente. A qualidade da amostra é definida pela medição da sua resistência elétrica.

10.1.2.3.6 - Ensaios de resistência à corrosão

A ferragem galvanizada é ensaiada em um câmara de nevoa salina, na qual se verifica a sua resistência à corrosão em função do tempo que demora para manchas aparecerem.

10.1.3 - Ensaios de tipos especiais.

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