PROJETO DE LINHA DE TRANSMISSÃO SUBMARINA BIGUAÇU DESTERRO EM 230KV

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1 Puerto Iguazú Argentina III ERIAC DÉCIMO TERCER ENCUENTRO REGIONAL IBEROAMERICANO DE CIGRÉ 24 al 28 de mayo de 2009 Comité de Estudio B1 - Cables Aislados PROJETO DE LINHA DE TRANSMISSÃO SUBMARINA BIGUAÇU DESTERRO EM 230KV III/PI-B1-01 W. J. LEE* A. J. O. LIMA J. F. DUTRA Prysmian AJOL Eng. Eletrosul Brasil Brasil Brasil J. M. PINHEIRO F. F. LAGO C. A. V. GRANATA Eletrosul Eletrosul Ligglobal Brasil Brasil Brasil Resumo Este documento descreve o desenvolvimento do projeto realizado pela Eletrosul para melhorar o fornecimento de energia elétrica tanto para a Ilha de Santa Catarina como para o leste do Estado em cumprimento da resolução 96/2005 da ANEEL. O foco desse trabalho é o projeto da travessia marítima da baia sul, com uma extensão total de cabos de 4650 metros. Constitui-se na travessia submarina de maior tensão e extensão realizada na América do Sul. Diante da expansão do sistema de potência para a região norte do país e com a necessidade de travessias de grandes rios, esse conjunto de conhecimentos ganho, tanto pelos usuários do sistema como pelas empresas formadoras do Consórcio, poderão auxiliar no enfrentamento de novos desafios nessa área. Palavras chaves: ERIAC ERLAC Linhas de transmissão Linhas de transmissão Submarinas Cabos isolados Cabos Submarinos Transição Aéreo - Submarino 1 INTRODUÇÃO O atendimento energético à Ilha de Santa Catarina, onde se situa área metropolitana de Florianópolis é deficitário e vários estudos para superar essa dificuldade já vinham sendo elaborados há vários anos. Após graves acontecimentos ocorridos com a alimentação do sistema elétrico da Ilha, a ANEEL emitiu a resolução 96/2005, determinando a Eletrosul a implantação de um conjunto de obras, para o reforço desse sistema elétrico. Para isso a Eletrosul investiu 172 milhões de reais em instalações de transmissão, para melhorar o fornecimento tanto para a Ilha quanto para o leste catarinense. O empreendimento compreende a construção de duas subestações, uma na ilha, SE Desterro, outra no continente em Biguaçu e a ampliação da SE Palhoça. Construção de duas linhas para conectar a SE Biguaçu a Rede Básica de Transmissão. Linha de transmissão interligando SE Biguaçu a SE Desterro na Ilha. 2 GENERALIDADES A linha de transmissão que interliga a SE Biguaçu, no continente, a SE Desterro, na Ilha, é composta de três trechos: Trecho aéreo no continente (38,5km), trecho submarino entre o continente e a Ilha (4,65km) e o trecho na Ilha (13,5km). As características básicas da instalação submarina são: -Tensão nominal 230kV e máxima de 245kV; *Woong J. Lee - Brasil -

2 -Freqüência 60HZ; -Comprimento estimado da rota 4,65km; -Um circuito de potência trifásico mais um cabo de 24 fibras ópticas; -Potência nominal de 310MVA com fator de carga de 0,95; -Potência máxima em emergência de 350MVA; -Corrente de curto circuito de 21kA por 0,5 segundos; -Tensão suportável de impulso atmosférico de 1050kV; 3 TRECHOS AÉREOS A licença para início da construção dessa linha teve várias dificuldades a serem superadas, sendo que a Licença de Instalação N o 457/2007 expedida pelo IBAMA de 06/08/2007 autorizou o início das obras. Várias premissas ambientais e técnicas tiveram que ser consideradas na construção, tais como: alteamento e pintura das estruturas em cores compatíveis com o ambiente, no trecho insular; as construções tiveram de ser realizadas sem abertura de picadas, sendo necessário o uso de helicóptero em todas as atividades, etc. Como nesse trabalho estaremos tratando da travessia submarina, aqui faremos apenas esse pequeno resumo da parte aérea, que também trouxe novas experiências e é de grande importância para o conjunto. Fig. 1. Esquema da Linha de Transmissão Biguaçu Desterro, indicando a travessia submarina. 2

3 Fa ro lmo ro do Ce dro Ponta d onuto 4 TRECHO SUBMARINO A linha Biguaçú Desterro cruza a baia sul da Ilha de Santa Catarina, em 230kV, tendo um trecho submarino de 4,65km conforme mostra a figura 1. É a primeira travessia a ser realizada na América Latina com cabos isolados em Polietileno Reticulado (LPE) em 230kV e é a mais longa já executada no Brasil. 4.1 DEFINIÇÃO DO TRAÇADO A definição do traçado da Linha de Transmissão Biguaçu Desterro foi feita pela Eletrosul, considerando tanto a parte aérea como a submarina. Foram consideradas as restrições ambientais das regiões envolvidas tanto na Ilha como no Continente, Parques estaduais, Zona amplamente arborizada e na parte marítima foram feitos os levantamentos prévios de correntes e ventos, bem como de sedimentos existentes e profundidades. Para a parte submarina ficou definido que os pontos a serem interligados estavam situados na região denominada Ponta do Cedro, município de Palhoça no Continente e na região da Ponta de Caiacanga - Açu na Ilha, com um comprimento estimado inicialmente em cerca de 4200 m. CONTINENTE BAIA SUL DE FLORIANÓPOLIS S E BI GU AÇU V1 V0 S E DE ST ERRO FLORIANÓPOLIS SIMBOLOGIA ADOTADA: POLIGONAL REQUERIDA (ÁREA = ,23 m2) ROTA PROJETADA PARA INSTALAÇÃO DO CABO DE ALTATENSÃO + CABO ÓPTICO ENTERRADOS ROTA PROJETADA PARA INSTALAÇÃO DOS CABOS DEALTATENSÃO ENTERRADOS ROTA PROJETADA PARA INSTALAÇÃO DOS CABOS ENTERRADOS COM PROTEÇÃO MECÂNICA Fig. 2 Corte de um trecho da batimetria na rota do cabo. 3

4 Para o projeto definitivo do traçado foram realizados levantamentos dos perfis das margens, com a finalidade de definir o melhor ponto de transição, especialmente no continente onde a saída é bastante íngreme, e o levantamento batimétrico do fundo do mar numa faixa de 100m ao longo da rota e de sedimentos do fundo. A análise da região que estava sendo escolhida com o objetivo de evitar causar danos a criações de berbigão e outras interferências definiram a rota a ser utilizada, mantendo-se as distâncias entre cabos em 25m, para garantir que o lançamento de um cabo não interfira com o outro e garantir independência entre ele, tanto do ponto de vista térmico como mecânico. 4.2 DEFINIÇÃO DO CABO DE POTÊNCIA Com o conhecimento adquirido pelo levantamento do fundo do mar e das margens, foi realizada a definição do cabo isolado a ser utilizado. Previamente havia sido definido que o isolamento do cabo seria em Polietileno Reticulado (LPE) com condutor de cobre tamponado e proteção contra penetração radial de água em chumbo extrudado, que também é a blindagem do campo elétrico. A espessura do chumbo foi dimensionada para suportar a corrente de curto circuito fase terra do sistema. Foi previsto por segurança enterrar o cabo ao longo de toda a travessia, a um metro de profundidade no fundo do mar. Na saída do lado da Ilha o cabo foi instalado em dutos de HDPE recoberto com backfill bimodal (pó de pedra com granulometria específica), a um metro de profundidade. Na travessia da rua beira mar, o mesmo foi protegido em concreto. Do lado do continente foi previsto que o cabo fosse instalado em dutos envoltos em cimento, devido ao trajeto rochoso. O cabo foi definido em ser fabricado com capa interna de Polietileno sobre a blindagem em chumbo, com armação em fios de cobre duro de 4mm de diâmetro, recoberto com uma camada de juta como acolchoamento e uma capa de Polietileno de alta densidade (HDPE) como proteção externa. Condutor: 500 mm², cobre, diâmetro = 26,8 mm Blindagem semicondutora extrudada: Espessura = 1,5 mm, diâmetro = 30,3 mm Isolação: LPE, espessura = 22 mm, diâmetro = 75,8 mm Blindagem semicondutora extrudada: Espessura = 1,5 mm, diâmetro = 78,3 mm Proteção longitudinal contra umidade: Fita semicondutora Blindagem metálica: Chumbo, espessura = 3,0 mm, diâmetro = 85,7 mm Capa interna de proteção anti-termita: Polietileno+SORE, espessura= 3,7 mm, diâmetro= 93,6 mm Acolchoamento Espessura = 2,0 mm, diâmetro = 97,6 mm Armação ( fios de cobre e cordões de plástico ): Diâmetro do fio de cobre = 5,0 mm Diâmetro da armação = 107,6 mm Amarração: Espessura =2,7 mm, diâmetro = 113 mm Cobertura: HDPE, espessura = 4,0 mm, diâmetro = 121 mm Fig. 3 Partes componentes do cabo utilizado na travessia submarina Biguaçu Desterro. 4

5 Tanto as blindagens como as armações dos cabos (fios de cobre) foram previstas de serem aterradas em ambas as extremidades do trecho submarino e utilizar o sistema sigle point para as blindagens nas partes terrestres. Resultou uma seção para o condutor de cobre de 500mm2, já considerando o dimensionamento térmico e os esforços previstos para o lançamento. 4.3 DEFINIÇÃO DAS TRANSIÇÕES Como essa linha interliga diretamente duas subestações, o cabo submarino isolado deverá operar sempre em conjunto com a linha aérea e vice versa. Fig. 4 Transição em 230kV no Continente. Fig. 5 Transição em 230kV na Ilha. Assim, não houve necessidade de utilização de disjuntor ou chaves, sendo a conexão direta por meio de jump, sendo previsto apenas para raio, de modo a garantir que as tensões impulsivas vindas da LTA para os cabos isolados ficassem sempre abaixo do BIL da linha. Foi utilizado o conceito de Comprimento de auto-proteção para cabos isolados, ou seja, como as impedâncias características da parte aéreas e isoladas estão numa proporção da ordem de 10:1, ocorrerão refrações e reflexões no cabo isolado. O comprimento de auto-proteção é o comprimento mínimo para o qual a máxima tensão impulsiva resultante no cabo isolado será sempre inferior a de entrada. Se a linha aérea tiver meios de garantir que as tensões das descargas atmosféricas serão cortadas sempre no valor do BIL, não haverá necessidade de para raios, a não ser como um requisito a mais para a segurança da linha. O projeto de proteção, além de levar em conta a passagem da tensão impulsiva pelos cabos isolados, considerou ainda as condições de aterramento das blindagens e as malhas de terra necessárias para garantir a segurança nas transições. Como pode ser visto nas fotos das figuras 4 e 5 foram construídos tanto do lado da Ilha como do Continente um pórtico de fim de linha, ancorando os cabos. Desse pórtico os cabos LTA são ligados diretamente aos terminais dos cabos isolados e em paralelo aos para raios. A transição fica dentro do que seria a faixa de segurança da linha. A solução de fundação para os apoios dos pórticos metálicos de transição foi em estaca raiz apoiado em rocha. 4.4 LANÇAMENTO DOS CABOS SUBMARINOS Os cabos submarinos LPE 230kV foram fabricados na Itália e internados em Santos. Aproveitando a infra estrutura do porto de Santos, as três bobinas dos cabos elétricos, com cerca de 150 toneladas cada, e a bobina de cabo óptico foram embarcadas em uma única balsa. A viagem de Santos até Florianópolis levou cerca de 40 horas. A escolha de uma balsa que pudesse transportar todas as bobinas juntas e permitir seu lançamento diretamente visou uma maior agilidade no transporte, maior estabilidade durante o lançamento e capacidade operacional nas baixas profundidades da travessia para o lançamento com as bobinas embarcadas. É de se 5

6 destacar que o canal possuía longos trechos com baixa profundidade sendo necessário utilizar nestes casos o sistema de lançamento por flutuação, onde o cabo é solto na água preso a flutuadores, levado até a margem e depois afundado, ficando a chata estática. Após a chegada das bobinas no local de lançamento, foi realizada a fase de treinamento e preparação, contando com um rebocador de grande porte, a ser utilizado no lançamento, lanchas de apoio e equipes de mergulhadores, que durou uma semana. O primeiro lançamento foi realizado com o cabo mais ao sul. Devido a condições meteorológicas desfavoráveis, necessidade de realizar manobra com a chata para travessia do banco de areia existente, esse foi o lançamento mais demorado, durando dez dias, com algumas paralisações devido ao clima. Fig. 6 Chata de lançamento com as 4 bobinas. Fig. 7 Lançamento pelo método de flutuação. A seguir foi lançado o cabo mais ao norte, que contando com a experiência sobre as condições locais, com clima mais favorável, mas ainda com necessidade de manobra para travessia do banco de areia, foi realizada em 4 dias. Deve-se acrescentar que junto com essa fase foi lançado o cabo ótico, em uma única operação. Para a terceira e última fase, a central, não foi necessário realizar manobra especial para a travessia do banco de areia. O lançamento durou então dois dias e meio. As fases foram lançadas a uma distância de 25 metros entre elas e os cabos foram enterrados a uma profundidade de um metro ao longo de toda rota. Na saída em ambas as margens os cabos foram puxados diretamente até as áreas de transição e posteriormente foram colocados os dutos sobre os mesmos e feitas as proteções já descritas. 4.5 TESTE APÓS INSTALAÇÃO Após completada a instalação dos terminais e demais acessórios previstos, e terminadas todas as obras civis referentes a instalação a mesma foi testada, de acordo com a norma IEC Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltage above 150kV (Um=170kV) up to 500kV (Um=550kV) Test methods and their requirements, primeira edição, que regeu os testes desses cabos. Não tendo ocorrido descargas no teste de Tensão Aplicada à 180kV, entre fase e blindagem durante uma hora, os cabos instalados foram considerados aprovados. 5 CONCLUSÕES Esse empreendimento realizado por autorirazão da ANEEL, como dito no início desse trabalho, incluiu a construção de duas subestações, a ampliação de uma terceira subestação, além, da construção da LT Biguaçu Desterro. O mesmo irá garantir para a região leste do estado de Santa Catarina maior disponibilidade de 6

7 energia elétrica e maior confiabilidade para o sistema elétrico, em especial para a Ilha de Santa Catarina e Florianópolis, que são pólos turísticos de grade procura. Esse projeto da travessia marítima cruzando a baia sul da Ilha, desenvolvido pela Eletrosul em conjunto com as empresas formadoras do Consórcio consistiu na instalação submarina de maior tensão já realizada na América do Sul, bem como de maior extensão, trazendo para as empresas envolvidas como projetistas e como usuários desse sistema, um novo conjunto de conhecimentos. Diante da expansão do sistema de potência para a Região Norte do país, e com a necessidade de travessias de grandes rios, o novo conjunto de conhecimentos adquiridos poderá auxiliar no enfrentamento de desafios futuros. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] A. Morello I cavi per altissime Tensioni e le Riflessioni a Impulso, L Eletrotecnica n o 12 Vol.LII. [3] F.R.Alves, F. da S. Leal e A. L. P. da Cruz Conexão de Linhas Aéreas de 230kV à Subestação 500/230kV Mediante Cabos Subterrâneos: Avaliação do Impacto na Coordenação dos Isolamentos dos Equipamentos. 7

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