Desafios para projetos futuros de transmissão a longas distâncias. Sidnei Ueda Nexans Brasil SA

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1 Desafios para projetos futuros de transmissão a longas distâncias Sidnei Ueda Nexans Brasil SA Nov/2008 1

2 Roteiro apresentação Introdução Demanda da eletricidade Desafios para transmissão a longas distâncias Aumento da capacidade das linhas de transmissão Longas travessias Conclusão Nov/2008 2

3 Consumo mundial de eletricidade Electricity consum mption (in TWh) China 8% 7,1% 1,6% 2,2% 1,4% 2% 4,8% 4,3% 4,5% 3,9% India USA Source: World Energy Outlook 2007, IEA OECD Pacific EU Russia Developping Asia South America Middle East Africa 3,5% World Source: World Energy Outlook 2006, IEA Aumento médio anual Nov/2008 3

4 LT longas - Desafios Um dos dilemas que tem preocupado os governos e as concessionárias hoje é como suprir grandes quantidades de eletricidade para uma população e demandas crescentes, sendo eficiente e com um mínimo de impacto ambiental. Em alguns países como o Brasil, China e India, o grande desafio é conectar os centros urbanos de consumo com a geração a milhares de quilômetros. A tecnologia ultra-alta tensão é uma das soluções para este desafio International Symposium on International Standards for Ultra High Voltage, Beijing, China, Julho de 2007 Nov/2008 4

5 Potencial hidroelétrico - Brasil TOTAL: 260 GW IN OPERATION: 80 GW (30%) 113 GW 43% 36 GW 14% 43 GW 16% 42 GW 16% 26 GW 11% FATORES CONDICIONANTES Transmissão a longas distâncias. Sistemas de transmissão de alta capacidade. CA e CC. Alternativas que reduzam o custo da transmissão deverão ser aplicadas / desenvolvidas. Nov/2008 5

6 LT longas Mais eficientes Estratégias a serem seguidas Desenvolver LTs CA com alta capacidade de trasmissão, como linhas compactas e potência natural elevadas; Utilizar compensadores estáticos e compensadores séries variáveis para permitir uma aplicabilidade e flexibilidade maior na tecnologia CA; Avaliar a transmissão em CC uma opção que pode ser vantajosa para transmissão a longas distâncias. Nov/2008 6

7 LT: Projetos futuros (próximos) Tucuruí - Manaus 1,470km 1.900MW ( ) Madeira 2,375km ( ) Nov/2008 7

8 A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente. Desafios na LT Tucuruí - Manaus Comprimento de 1.470km LT 500kV, circuito duplo 1,900MW de capacidade de transmissão Longas travessias, acima de 2.000m Floresta densa Solo úmido e não firme para as estruturas Logística para implantação da LT Nov/2008 8

9 LT Capacidade de transmissão Conceito - LT curtas Ampacidade ou Limite Térmico Equação de equilíbrio térmico: o cabo ganha calor por corrente (efeito Joule) e por insolação; e libera calor por convecção (vento) e irradiação. 2 RI + Q = Q + Q s c i d Ao se aumentar a corrente o cabo aquece, dilata, aumenta a flecha, e reduz a distância de segurança (d), havendo portanto uma limitação desta corrente máxima: Fator limitante geralmente em linhas curtas. Nov/2008 9

10 LT Capacidade de transmissão Conceito LT longas Potência Natural ou SIL (Surge Impedance Loading) SIL = V 2 /Z, onde V é a tensão e Z é a impedância: Quanto menor Z, maior o SIL. V P Z V C/2 C/2 Quando circula na linha uma potência (P) igual ao seu SIL, existe o equilíbrio entre a energia reativa gerada pela capacitância (C) e a energia consumida pela impedância série (Z), e não há queda de tensão. Estudos de sistemas exigem instalação de reatores, que reduzem o SIL efetivo, e impõem redução da potência máxima da linha: Fator limitante em linhas de longa distância. Nov/

11 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z LINHAS COMPACTAS CONCEITOS BÁSICOS Compactação é uma tecnlogia em que altera a geometria das torres para aproximar as fases o máximo possível; Compactação aumenta o acoplamento entre as fases e consequentemente a impedância mútua (Z M ); O aumento da impedância mútua resulta numa redução da impedância de sequência positiva (Z 1 ); A redução da impedância de sequência positiva (Z 1 ) significa um aumento do SIL; V2 SIL = Z 1 = Z S Z M A compactação das linhas pode aumentar o SIL entre 20% a 25%. Nov/

12 LINHAS COMPACTAS LPNE FEIXE EXPANDIDO Compactação máxima Fatores limitantes: Coordenação de isolação entre fases; LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Reduzir a Impedância (Z) Gradiente do campo elétrico na superfície dos subcondutores aumentando o Corona. Outras possibilidades: Aumentar o número de condutores por fase (feixe); Aumentar o raio do feixe; Introduzir feixe expandido no vão. Nov/

13 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Torres 500 kv Torre Compacta Obs: Dimensões em (m) Torre Convencional Nov/

14 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Torre LT Compacta 500kV Feixe Expandido Nov/

15 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z TENSÃO LT 1200 kv 765kV 400kV Tensão Nominal (kv) Tensão Máxima (kv) Resistência (pu/km) x x x10-5 Reatância (pu/km) x x x10-4 Susceptância (pu/km) x x x10-3 SIL - Surge Impedance Loading (MW) Nov/

16 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Aumentar a tensão (V) Tensão (kv) Número de Circuitos por Linha Número de Linhas Capacidade Transmissão GW (Insuficiente) 10GW >10GW >10GW Viabilidade Técnica Fácil Viável Viável Difícil Total Custo Construção Altura da Torre(m) Nov/

17 LT Histórico As primeiras linhas em 500kV surgiram nos anos 60, e em 765kV nos anos 70, nos USA e na USSR, países de grandes dimensões e com grandes desafios no setor energético. No fim dos anos 70 surgiu na Itália, para estudos e desenvolvimento, o projeto 1000 kv (CESI). A USSR apresentou o projeto 1200kV nos anos 80. No BRASIL, as linhas de 500kV surgiram ao fim dos anos 60 e de 765kV ao fim dos 70 no projeto de Itaipu. Todos os casos citados tinham conceito de feixes convencionais. Ao final dos anos 80 os Russos mostraram o conceito de arranjos e feixes otimizados, com o aumento da Potência Natural (SIL). No Brasil, no anos 90, surgiram as linhas Compactas e ao final da década as linhas de Feixe Expandido, com aumentos de até 25% no SIL. Hoje temos mais de 8000km de LTs operando com esses conceitos. Nov/

18 LT Histórico Linhas de Transmissão - Itaipu Nov/

19 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z As iniciativas pós ITAIPU JAPÃO - Linha de transmissão 1100kV, 430km UHV já construído, mas operando em 550kV 800kV. - Todos os equipamentos para SE 1100kV energizados e testados em campo desde Upgrading da LT para 1100kV planejado para meados de Nov/

20 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z LT CA - UHV - Corona é o fator mais sensível para UHV, maior que em EHV e consequentemente a escolha do condutor e o seu feixe, tornam-se preponderantes no projeto da LT. - Pela análise das LTs existentes entre kV, o critério final em relação à performance Corona, é determinado conforme abaixo: Nível RIV (Radio Interference Voltage) 58dB Nível ruído audível 55dB(A) - Como resultado, a LT no Japão foi projetado com 8 ACSR 500mm 2. Nov/

21 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z As iniciativas pós ITAIPU Ground wires a - Altura da torre típica é de 110m (para LT 1100kV) m b Conductors c - O campo eletromagnético é equivalente a de uma LT de 550kV. 39.0m (right of way) Nov/

22 LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Feixe de 8 condutores em teste de Corona (Japão) Shiobara, CRIEPI Dimensão da gaiola: 8m 8m 24m Máxima tensão: até 1200kV Nov/

23 LT CC ± 800kv - China ± 800kV Nov/2008 CC Laboratório em Pequim 23

24 LT Desenvolvimento de UHV Tensão - UHV CA: 1000kV, max. 1100kV - UHV CC:±800kV. Viabilidade técnica A implementação de 1000kV CA e ±800kV CC com capacidade de 6400MW é praticável Fabricação de equipamentos UHV - Experiência em 750kV CA - Experiência em ±800kV HVDC equipmentos Nov/

25 LT Histórico Nov/

26 LT Longas travessias Definição: Vão: L 1000 m Altura torre: H 100 m Nov/

27 País Os maiores vãos no mundo: Nome da Travessia Tensão (kv) Tipo Travessia Altura Torre Vão (m) Year Groelândia Ameralik Fjord 132 Fiorde Noruega Sognefjord II 300 Fiorde N.A Noruega Sognefjord (Refsdal-Fardal) LT Longas travessias 132 Fiorde Noruega Sognefjord I 300 Fiorde N.A Noruega Langfjorden 132 Fiorde N.A Noruega Sunndalsfjorden 132 Fiorde N.A Noruega Noruega Sunndalsfjorden I Sunndalsfjorden II 300 Fiorde N.A Fiorde N.A Noruega Klabu-Viklandet N.A Fiorde N.A 3700 N.A Itália Messina Strait 220 Mar Nov/

28 LT com maior vão Ameralik Fjord - Groelândia Vão : m Altura:18 m Nov/

29 LT mundial dados informativos Tensão mais alta em CA: Tensão mais alta em CC: 1.150kV, Cazaquistão ± 600kV, Itaipu (± 800kV em construção na China) Torre mais alta: 346m, rio Yang-tze (China) (travessia - vão de 2.200m) Mais longa: Maior travessia: 1.700km, Inga-Shaba (Zaire) 5,374m (Groelândia) Nov/

30 No. Projeto País Tensã o (kv) 1 Jiangyin Yangtze River Crossing LT Longas travessias As estruturas mais altas no mundo: Vão (m) No. Circuit. Condut. por fase Altura Torre (m) Ano China Nanjing China Yangtze River Crossing 3 Orinoco River Crossing Venezuela N.A 4 Zhujiang Crossing 5 Wuhu Yangtze River Crossing China China ± Nov/

31 LT com torre mais alta Travessia rio Yang-tze - China Travessia de 2.200m A torre é 22,5m mais alta que a torre Eiffel, Tendo a metade do peso ~ 5kton. Nov/

32 LT Longas travessias A capacidade de transmissão é de 2 x 2000 MVA ou 3200 MVA para apénas 1 circuito em operação. (Os condutores têm que transmitir a corrente correspondente a uma temperatura ambiente de 40 C e vento de 0,6 m/s). Capcidade de curto-circuito do OPGW: 400kA 2s. OPGW, loose de 24 fibras, single mode Nov/

33 LT Longas travessias Sistema anti-vibração, para as fases e cabo pára-raios: stockbridge + festoon Instalação de isoladores Nov/

34 LT Longas travessias Venezuela: travessia do lago Maracaibo Vão: 1500m (máx.) Altura: 148 m Nov/

35 LT Longas travessias No Brasil: Travessia do rio Tocantins Sistema 500kV de Tucuruí Vão: 1335 m Altura: 116 m Nov/

36 LT Longas travessias Conclusões Longas Travessias Projetos únicos e específicos Maior nível de tensão: 500 kv (várias) Máximo nr circuitos: 4 x 380 kv (Rio Elba) Tipo de condutor mais utilizado: AACSR Projetos conservadores, alta classe de confiabilidade Nov/