Cabos Condutores. Verônica Rodrigues Fernanda Posy Luis Felipe Nogueira Douglas Toledo Ana Carolina Alves Artur Coutinho

Transcrição

1 Cabos Condutores - Verônica Rodrigues Fernanda Posy Luis Felipe Nogueira Douglas Toledo Ana Carolina Alves Artur Coutinho

2 Cabos Condutores Aéreos Características importantes nos condutores Carga de Ruptura; Alta Condutividade Elétrica; Baixo Custo; Baixo Peso Especifico; Alta resistência à oxidação e à corrosão por agentes químicos; Ampacidade; Encordoamento.

3 Tipos de Redes aéreas: Rede de distribuição comum

4 Tipos de Redes aéreas: Aérea Compacta

5 Tipos de Redes aéreas: Aérea Isolada

6 Condutores LT s aéreas Condutores Cobre x Alumínio Comparando com o alumínio, o cobre tem uma maior condutividade. Porém por o alumínio ser mais leve e mais barato que o cobre, os condutores mais utilizado atualmente são feitos utilizando o alumínio.

7 Condutores LT s aéreas Principais condutores utilizados no mercado: Condutores de Alumínio (CA - AAC) Condutores de Alumínio com Alma de Aço (CAA - ACSR) Condutores de Alumínio Liga (CAL - AAAC) Condutores de Alumínio Reforçado com Alumínio Liga (CALA-ACAR)

8 Condutores de Alumínio (CA - AAC) Condutor encordoado concêntrico, composto por uma ou mais camadas de fios de alumínio É usualmente usado para vãos curtos onde não é requerida alta resistência mecânica. Formações típicas:

9 Condutores de Alumínio com Alma de Aço (CAA - ACSR) O condutor CAA é do tipo concêntrico, reunido em uma ou mais camadas de fios de alumínio 1350/H19 ao redor de uma alma de aço. A alma de aço tem como função dar maior resistência mecânica ao cabo. A corrente elétrica circulará praticamente nos fios de alumínio. Devido às combinações possíveis de fios de alumínio e aço, pode-se variar a proporção dos mesmos, a fim de se obter a melhor relação entre capacidade de transporte de corrente e resistência mecânica

10 Condutores de Alumínio Liga (CAL AAAC) O cabo CAL é um condutor encordoado concêntrico, composto de uma ou mais camadas de fios de liga 6201/T81(Liga de Alumínio Magnésio Silício) Foi desenvolvido para preencher a necessidade de um condutor econômico, para aplicação aérea, onde é requerida uma maior resistência mecânica do que a obtida com o condutor de alumínio 1350/H19. Nos condutores CAL o encordoamento é semelhante ao cabo CA

11 Condutores de Alumínio Reforçado com Alumínio Liga (CALA-ACAR) O cabo de alumínio reforçado com Alumínio Liga é um condutor encordoado concêntrico, composto de uma ou mais camadas de fios de alumínio 1350, reforçado por um núcleo de alumínio liga 6201/T81. Em resumo, é idêntico ao cabo ACSR, porém ao invés de se utilizar alma com fios de aço, se utiliza a alma com fios de alumínio liga 6201/T81, proporcionando maior ampacidade ao condutor. Dessa forma, essa combinação resulta em um bom equilíbrio de resistência mecânica e desempenho elétrico.

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13 Emendas: Prensada:

14 Emendas: Pré Formada

15 Ampacidade de cabos condutores

16 Introdução O estudo da ampacidade visa a otimização do transporte de energia das linhas de transmissão, realizado através do estudo da capacidade máxima de corrente que seus condutores podem conduzir sem comprometer as propriedades físicas dos cabos. Seu valor está ligado às condições meteorológicas as quais influenciam diretamente no aquecimento das linhas de transmissão, e de informações sobre a flecha dos condutores devido ao processo de dilatação ocorrida com o carregamento, ocasionando a diminuição da distância mínima do condutor com o solo (NBR-5422).

17 Ampacidade de cabos condutores aéreos A corrente máxima de uma linha de transmissão é obtida através de sua equação de balanço térmico. ONDE: Qc = quantidade de calor dissipada por convecção (W/m) ou (W/ft) Qr = quantidade de calor dissipada por radiação (W/m) ou (W/ft) Qs = quantidade de calor recebida por aquecimento solar (W/m) ou (W/ft) R = resistência elétrica, em corrente alternada do condutor (Ohm/m) ou (Ohm/ft) I = valor eficaz da corrente (A)

18 Quantidade de calor dissipado por convecção Convecção forçada, quando o número de Reynolds estiver entre 0,1 e 1000 Convecção forçada, quando o número de Reynolds estiver entre 1000 e Onde: D= diâmetro do condutor (polegadas) K= condutividade térmica do ar (W/ft². C) Tc= temperatura no condutor ( C) ou Kelvin Ta = temperatura ambiente ( C) ou Kelvin

19 Quantidade de calor dissipado por radiação onde: Tc= temperatura no condutor, em Kelvin Ta = temperatura ambiente, em Kelvin ε = Coeficiente de emissividade A emissividade de um condutor de alumínio novo é aproximadamente igual a 0,23, enquanto um condutor escurecido pelos anos de serviço pode chegar a 0,90 ou ser até maior que este valor. Um valor médio normalmente utilizado é 0,50.

20 Quantidade de calor recebida pelo aquecimento do sol onde: a = coeficiente de absorção solar q = quantidade de calor total irradiado pelo sol e pelo céu (W/ft2) θ = ângulo efetivo de incidência dos raios solares a = 0,23 para condutores novos e a = 0,95 para condutores escurecidos. Utiliza-se, normalmente, a = 0,5

21 Disposição de cabos de Linha de Transmissão Subterrânea O material que permite esse tipo de ligação de cabos elétricos e telefônicos é o eletroduto, duto fabricado com polietileno de alta densidade, que é corrugado e flexível. Ou podem ser condutores mais resistentes diretamente enterrados em um material de recobrimento Linha de Transmissão Subterrânea de Porto Alegre 69 kv

22 Disposição de circuitos de linhas subterrâneas de alta tensão - Vertical 2 x 3 - Vertical 3 x 2

23 Dados do duto necessários para estudo: Disposição horizontal de linha Diâmetro, espessura e material subterrânea Polietileno de alta de alta densidade, corrugado e flexível. Tipo e espessura do revestimento da tubulação Levantamento da resistividade do solo

24 Diferença para cabos Linhas de Corrente Contínua -Sem Efeito Pelicular Economia de seção do cabo condutor

25 Fiação Subterrânea na distribuição de energia

26 Linha de transmissão subterrânea de 345kV em São Paulo/SP Fonte:

27 Linhas de transmissão subterrâneas O emprego dos cabos isolados na transmissão e distribuição de energia ainda é menor que das linhas aéreas a cabos nus. Porém, recentes avanços tecnológicos sinalizam para a ampliação da rede elétrica a cabos isolados do país. Isto se deve a algumas características, tais como a redução dos campos magnéticos propagados linhas de transmissão, a diminuição da poluição visual em centros urbanos e a qualidade da energia.

28 Cabos isolados e linhas subterrâneas têm custos de fabricação e instalação maiores que dos cabos nus e linhas aéreas. Porém, quando levado em consideração os custos de manutenção, preventiva e corretiva, as linhas subterrâneas são vantajosas pois falham menos. Confiabilidade comparada das redes subterrâneas e aéreas Redes rurais de Média Tensão (Taxa de falhas por ano e por 100km) Subterrânea 1,29 Aérea 4,03

29 Cabos isolados: constituição e fabricação Três são as principais tecnologias desenvolvidas e distinguem-se quanto ao material isolante: papel impregnado com óleo, polímeros sintéticos ou gás. Atualmente, o uso de material sintético é a tecnologia mais difundida, tendo como o polietileno reticulado (ou entrecruzado) seu polímero mais utilizado. Cabos isolados podem ser classificados quanto às características do condutor principal. Este podendo ser fabricado em cobre ou alumínio, maciço ou em feixe. Existem ainda cabos monopolares, que conduzem apenas uma fase, ou tripolares, onde as três fases - devidamente isoladas entre si - são alojadas dentro do mesmo envelope isolante.

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31 Condutor Principal Os materiais mais empregados são o cobre e o alumínio. A seguir, um comparativo destes materiais:

32 A partir dos dados da tabela anterior, temos que para dois condutores de mesmo comprimento e resistência, a razão entre seções e a razão entre as massas de alumínio e cobre levam à escolha do alumínio como material mais interessante economicamente. Atualmente, o alumínio usado na indústria de cabos custa um terço do cobre. (Dados obtidos no site da LME: London Metal Exchange). Ainda que se considere o aumento das massas dos outros materiais empregados no cabo, o alumínio continuará mais econômico até tensões muito elevadas.

33 Isolante Ao longo dos anos, vários materiais foram empregados na isolação de cabos: papel impregnado de óleo, borracha, gás e polímeros sintéticos. Sendo o último, a classe de materiais mais difundida atualmente.

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35 O uso do papel impregnado na isolação do cabo está ultrapassado, mas foi amplamente utilizado. Cabos a isolação gasosa também exigiam equipamentos reguladores de pressão. O gás mais utilizado era o hexafluoreto de enxofre (SF6), um gás sintético ainda utilizado na indústria elétrica - extintor de arco elétrico em disjuntores e em subestações blindadas. O policloreto de vinila (PVC) é um isolante muito difundido, porém, devido a um alto fator de perdas dielétricas, não é empregado na isolação de tensões acima de 15 kv. O poletileno (PE) é hoje o polímero sintético mais utilizado como isolante em cabos de média e alta tensão. Algumas formas são empregadas: alta densidade, baixa densidade e reticulado, por exemplo. As diferentes formas variam a partir do processo de obtenção do polímero e conferem características elétricas diferentes ao produto final. O polietileno reticulado (XLPE) é o mais difundido no momento.

36 Cabo de cobre com isolamento XLPE, cabo de alimentação de 132kV mm2

37 Revestimento Exterior São muitos os papeis do revestimento exterior: proteção contra choques físicos, impermeabilização, identificação, segurança da instalação. O policloreto de vanila (PVC) e o polietileno (PE) são os materiais mais utilizados como revestimento.

38 Blindagem de Cabos Campo elétrico não uniforme devido a superfície do condutor Concentração de campo elétrico gera pontos onde o gradiente de tensão é maior que o suportável e pode levar ao envelhecimento ou até rompimento da isolação Blindagem do condutor e Blindagem do isolamento

39 Blindagem do Condutor Consiste na aplicação de material semicondutor sobre o condutor Principais funções: Dar uma forma perfeitamente cilíndrica ao condutor; Prover uma distribuição radial e simétrica do campo; Eliminar os espaços vazios entre o condutor e a isolação;

40 Blindagem da Isolação Blindagem semicondutora e blindagem metálica Principais finalidades: Prover uma distribuição radial e simétrica do campo elétrico Confinar o campo elétrico no interior da isolação, evitando a influência em condutores próximos Proporcionar uma capacitância uniforme entre o condutor e o Terra Escoamento de correntes de fuga, induzidas e de curto-circuito

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42 Blindagem Metálica Caminho de baixa impedância para correntes de fuga, induzidas e de curto-circuito A blindagem metálica deve ser dimensionada para transportar as correntes de curto-circuito fase-terra do sistema elétrico Construção por fios ou fitas de cobre ou capa metálica Aterramento da blindagem metálica: Contínuo Ponto Único Permutação de Blindagem Perdas na Blindagem

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44 Cabos Condutores