ELETRICIDADE APLICADA PROF. SÉRGIO QUEIROZ. CAPÍTULO II SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO 2.2 Linhas de Transmissão

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1 2.2 Linhas de Transmissão 1

2 2.2 Linhas de Transmissão Estrutura Básica de um SEE 2

3 2.2 Linhas de Transmissão Estrutura Básica de um Sistema Elétrico 3

4 2.2 Linhas de Transmissão 4

5 2.2 Linhas de Transmissão 5

6 2.2 Linhas de Transmissão 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 quadrado as perdas 2 na linha pelo Efeito Joule: P R I Sendo P a perda de potência, R a resistência equivalente da linha e I a corrente elétrica transmitida. 6

7 2.2 Linhas de Transmissão - Estruturas 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 13,8 kv, e com estudos na utilização de alumínio e outras ligas. Um problema de difícil solução no projeto de torres 7 são os casos de vandalismo e furto.

8 2.2 Linhas de Transmissão - 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 frequência. Os 8

9 2.2 Linhas de Transmissão Ampacidade Eventualmente a linha pode operar em regime de emergência, com sobrecarga, o que é previsto em projeto mas não deve ser utilizado com frequência. 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 9

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11 Cabos mais usados em uma LT 11

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13 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: L Z c 13 C

14 Sendo L e C a indutância e a capacitância equivalente, respectivamente, por unidade de comprimento. 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. 14

15 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, optimizando desta forma sua capacidade de transmissão para longas distâncias. 15

16 Efeito corona Para linhas de extra-alta tensão (acima de 345 kv), o principal limitante é o efeito corona. O campo elétrico na superfície dos condutores atinge um limiar no qual o dielétrico do ar rompe-se, criando assim pequenas descargas em torno do condutor, similar a uma coroa. Este efeito é muito interessante visualmente, mas provoca perdas elétrica no sistema e interferência em rádio e TV em localidades próximas. 16

17 Efeito corona O efeito corona torna-se mais intenso na ocorrência de chuva, no qual as gotas nos cabos provocam uma concentração do campo elétrico, e elevando o nível de perdas e interferência. Outro fator que favorece a ocorrência desse efeito são as condições físicas da superfície do cabo. Se este for arranhado, sujo ou sofre algum processo que torne sua superfície mais rugosa (isso pode ocorrer especialmente no lançamento dos cabos se a equipe não tomar cuidado. 17

18 Efeito corona Por exemplo, deixar acidentalmente o cabo arrastar no solo) pode facilitar a ocorrência do efeito. Normas específicas, como a NBR 5422 no Brasil, impõe um limite de interferência provocado pelas linhas de transmissão, geralmente especificado para clima ameno. Na ocorrência de sobretensões na linha, o efeito corona é um meio importante de amortecer tais falhas, agindo como um "escape" desta energia excedente. Uma linha de extra-alta tensão projetada de forma otimizada possui os campos superficiais nos 18 condutores próximos do limite.

19 Campos eletromagnéticos A linha irradia campos eletromagnéticos na sua vizinhança, podendo causar interferências e problemas de saúde. Uma publicação do INCIRP define como limites para frequência industrial (50 ou 60 Hz) os valores de 10 e 8,33 kv/m, respectivamente. Os limites para campo magnético, em 50 e 60 Hz, são de 500 e 420 microteslas, respectivamente. 19

20 Compensação de linhas Para linhas com grandes comprimentos, acima de 400 km, é necessário o uso de equipamentos de compensação, tais como reatores em paralelo e capacitores em série, para aumentar a capacidade da linha. Os reatores em paralelo (também chamados de reatores shunt) anulam parcialmente o efeito capacitivo da linha, minimizando o Efeito Ferranti, que ocorre quando a linha opera em carga leve. 20

21 Compensação de linhas Estes reatores geralmente não são manobráveis, o que pode ser indesejável quando a linha estiver em sobrecarga. A manobra convencional de um reator pode levar a sobretensões indesejáveis, e é evitada na medida do possível. O uso de reatores controláveis permite uma maior flexibilidade, mas acrescenta uma maior complexidade e custo no sistema de transmissão. 21

22 Transmissão em corrente contínua Nas últimas décadas mostrou-se a possibilidade de uso de corrente contínua em alta tensão (CCAT, em inglês HVDC), para a transmissão de grandes blocos de energia. A conversão entre corrente alternada e corrente continua é realizada através de retificadores utilizando tiristores de alta tensão. O uso do CCAT provem uma série de vantagens, tais como o desacoplamento entre sistemas e a economia de cabos, usando de estruturas mais leves. 22

23 Transmissão em corrente contínua A transmissão em corrente contínua pode ser realizada de forma unipolar (um condutor, com retorno pelo terra) ou bipolar (dois condutores, de polaridades positiva e negativa). 23

24 Proteção Diversos problemas assolam a integridade de uma rede de transmissão, tais como: Sobretensões devido a descargas atmosféricas; Sobretensões devido a manobras; Ventania, furacões, geada e outras condições climáticas extremas; Poluição; Vandalismo; Eletrocorrosão. 24

25 Proteção Alguns destes problemas são transitórios, desaparecendo após o desligamento da linha. Outros acarretam danos permanentes, como queda de torres. Defeitos de origem elétrica podem ser minimizados a partir de sistemas de proteção: Cabos para-raios, Para-raios (supressores de surto), Para-raios de linha, Procedimentos coordenados de manobra, 25 Aterramento adequado e Proteção catódica.

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