LINHAS DE TRANSPORTE SISTE 11-12

Transcrição

1 LINHAS DE TRANSPORTE SISTE 11-12

2 Rede Pública de Transporte SISTE HJJRS RMS 2

3 Linhas de Transporte Porquê uma rede de transporte? Quais as tensões de serviço a escolher? Que tipo de corrente? Monofásica? Trifásica? Contínua? Linha aérea ou subterrânea? Quem decide? SISTE HJJRS RMS 3

4 Inserção das Linhas de Transporte As linhas de transporte são utilizadas para interligar os centros produtores de energia eléctrica, centrais eléctricas, entre si e entre estas e as grandes subestações, de distribuição ou seccionamento grande distribuição ou distribuição primária. Sãousadas também parainterligar redes nacionais. Estas linhas cobrem normalmente grandes distâncias pelo que, de modo a minorar as perdas notransporte, devempossuir tensões elevadas. SISTE HJJRS RMS 4

5 SISTE HJJRS RMS 5

6 Tensão de Serviço Custo das linhas de transporte em função da tensão nominal, comprimento e potência activa a fornecer. SISTE HJJRS RMS 6

7 Tensão Económica Custos de transporte = custos de investimento + custos de exploração SISTE HJJRS RMS 7

8 Perda de Energia por Efeito Joule Potência = 150 MW Comprimento = 300 km Secção = 400 mm 2 Tensão Intensidade Perdas Joule Rendimento U 2 A kw % kv I = P 2 / 3 U 2 3 RI 2 η=100 P2/(P2+3 RI 2 ) , , , ,6 SISTE HJJRS RMS 8

9 Tensões Normalizadas Dois factores decisivos: A interligação das redes nacionais MAT A utilização de electrodomésticos BT SISTE HJJRS RMS 9

10 Tensões Normalizadas Tensão (V) Classes Designação Nominal Mais elevada Regulamentar Habitual 220/ / / ª Baixa Tensão Baixa Tensão (15000) ª Alta Tensão Média Tensão (Distribuição) (45000) (52000) ª Alta Tensão (Repartição) (150000) (170000) Muito Alta Tensão (Transporte) Ultra Alta Tensão SISTE HJJRS RMS 10

11 Máximos Sistema de maior potência: 6,3 GW Itaipu (Brasil) (±600 kv CC) Tensão + elevada (CA): 1,15 MV Ekibastuz Kokshetau (Cazaquistão) Linha dupla + extensa: Kita Iwaki Japão (500 kv (1 100 kv)) Postes + elevados: Travessia do rio Iansequião (Yang Tsé) (altura: 345 m) Linha + extensa: Inga Shaba Congo (1 700 km) Maior vão: m fiorde Ameralik, Gronelândia Cabos submarinos + extensos: NorNed, Mar do Norte (N Nl) (580 km) Basslink, Estreito de Bass (Aus) (290 km, total: 357,4km) Baltic Cable, Mar Báltico (D S) (249 km, total: 261 km) SISTE HJJRS RMS 11

12 Natureza da Corrente Corrente alternada trifásica: tifái Praticamente todas as linhas de transporte usam este tipo de corrente vantagens do sistema trifásico Corrente contínua: Em certas condições, linhas aéreas com distâncias entre 800 e 1000 km, cabos subterrâneos com comprimentos maiores que 60km,travessia de braçosdemar,etc.,asoluçãodousodaccé vantajosa, em particularsesefizeroretornopelosolooumar. p SISTE HJJRS RMS 12

13 Tipo de Linha Linha aérea SISTE HJJRS RMS 13

14 Linha Aérea Características da Catenária Distância mínima ao solo SISTE HJJRS RMS 14

15 Linhas Subterrâneas SISTE HJJRS RMS 15

16 Cabos para Instalações Subterrâneas Cabo com alma multifilar de cobre isolado a polietileno reticulado (XLPE) para 230 kv SISTE HJJRS RMS 16

17 Linhas aéreas: Materiais dos condutores Maciço cobre, liga de alumínio Multifilar cobre, alumínio, liga de alumínio Bimetálico alumínio-aço aço (ACSR aluminium conductor steel reinforced) SISTE HJJRS RMS 17

18 Manutenção das Linhas de Transporte SISTE HJJRS RMS 18

19 Fio de guarda Condutor de fase SISTE HJJRS RMS 19

20 Protecção das Linhas Aéreas contra Descargas Atmosféricas SISTE HJJRS RMS 20

21 Cabos Bimetálicos Cabo de alumínio aço Alma de fios de aço Fios de alumínio duro O cabo de alumínio aço, aço comparado com o de cobre homogéneo de mesma resistência, possui: Mi Maior diâmetro pode ser vantagem, Menor peso vantagem, Maior resistência mecânica vantagem SISTE HJJRS RMS 21

22 Cabos Alumínio-Aço de Enrolamento Helicoidal Sentido de enrolamento Z Sentido de enrolamento S SISTE HJJRS RMS 22

23 Características Dimensionais dos Cabos de Alumínio-Aço A SISTE HJJRS RMS 23

24 Escolha da Secção Intensidade em regime permanente Queda de tensão Características mecânicas dos condutores Intensidade de curto circuito admissível esforços térmicos esforços electrodinâmicos Efeito coroa Aparelhagem de protecção Normalização Condições de segurança Condições regulamentares e es Perda de energia Custo SISTE HJJRS RMS 24

25 Materiais Condutores Referências Cobre Alumínio Igual resistência óhmica Igual corrente máxima e aumento de temperatura Relação entre secções 1 1,61 Relação entre diâmetros 1 1,27 Relação entre pesos 1 0,48 Relação entre secções 1 1,39 Relação entre diâmetros ,18 Relação entre pesos 1 0,42 Igual diâmetro Relação entre resistências 1 1,61 Relação entre intensidades máximas 1 0,78 SISTE HJJRS RMS 25

26 Materiais Condutores Grandeza Cobre Cobre Alumínio Almelec Unidade recozido duro duro Resistividade a 0, ,0177 0,0282 0,0326 Ωmm 2 m -1 20º C Coeficiente 0, , , , ºC -1 de temperatura Tensão de Kg f cm -2 ruptura Peso específico 89 8, ,89 2,70 2,7 gcm -3 SISTE HJJRS RMS 26

27 Condutores e o Efeito Coroa Campo eléctrico em torno de três tipos diferentes de condutores (para a mesma tensão) SISTE HJJRS RMS 27

28 O Efeito Coroa A presença no condutor de protuberâncias como gotas de água, flocos de neve, insectos ou asperezas, produz incrementos locais muito intensos do campo eléctrico. Como tal o efeito coroa varia grandemente com as condições atmosféricas e da superfície dos condutores. Normalmente este efeito não ocorre em redes abaixo dos 200 kv. SISTE HJJRS RMS 28

29 Feixes de condutores (vários condutores por fase aumento do diâmetro médio geométrico): Usam-se se 2, 3 e 4 podendo do chegar-se a 6 para 800 kv e a 8 para 1000 kv SISTE HJJRS RMS 29

30 Projecto de uma Linha Aérea Cálculo l mecânico Verificação das tensões mecânicas e flechas doscondutores Verificação da estabilidade dos apoios Força transversal devida ao vento: Apoios de alinhamento F = α c q S V α coeficiente de redução c coeficiente de forma q pressão dinâmica do vento em N/m 2 S secção do perfil longitudinal dos condutores SISTE HJJRS RMS 30

31 Projecto de uma Linha Aérea F força do vento por unidade de comprimento α coeficiente de redução que traduz a variação de velocidade da actuação do vento ao longo do comprimento do condutor c coeficiente de forma que traduz a influência da forma geométrica do elemento exposto à acção do vento e da direcção do vento q é a pressão dinâmica do vento S é a área da secção do elemento apresentado à acção do vento. Protecção contra contactos acidentais: verificar distância a: edifícios árvores solo SISTE HJJRS RMS 31

32 Projecto de uma Linha Aérea Acção devida ao gelo 10 mm Considerar no peso do condutor uma camada de gelo de 10 mm de espessura Verificar: aquecimento vibrações contactos acidentais SISTE HJJRS RMS 32

33 Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte Em virtude da grande extensão de uma linha de transporte não é possível considerá la de parâmetros concentrados mas antes distribuídos sem o que se introduziriam erros apreciáveis. R, L,..., são constantes por unidade de comprimento Elemento infinitesimal de uma linha SISTE HJJRS RMS 33

34 Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte 2 dv ( x ) = ( R+ jω L )( G+ jω C ) V ( x ) 2 dx 2 d I ( x ) = ( R+ jωl)( G+ jωcix ) ( ) 2 dx Sistema de equações diferenciais para V e I Após integração... V( x) = Acoshγ x+ Bsinhγ x I( x) = Ccoshγ x+ Dsinhγ x SISTE HJJRS RMS 34

35 Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte A, B, C e D constantes de integração Fazendo A = V(0) e C = I(0), valores na origem da linha, o sistema transforma se em: V ( x ) = V (0)cosh γx Z wi (0)sinh γx V (0) I ( x ) = I (0)cosh γ x sinh γ x Zw SISTE HJJRS RMS 35

36 Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte γ = ( R + j ω L )( G + j ω C ) Constante de propagação p (m 1 ou km 1 ) Z W = R G + + jωl j ω C Impedância de onda (Ω) Circuito equivalente, em Π,de uma linha longa SISTE HJJRS RMS 36

37 Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte Linha sem perdas R 0Ω eg 0S Z L x C x = j sen 2π Y1 = Y2 = j tan π C λ L λ SISTE HJJRS RMS 37

38 Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte γ = α + j β Constante de propagação (m 1 ) λ 2π β = Comprimento de onda (m) Para linhas de comprimento inferior a 150 km, pode se desprezar o efeito da distribuição dos parâmetros. SISTE HJJRS RMS 38

39 Equações de Transmissão Esquema em Π TENSÕES E CORRENTES U Tensão na origem U I 0 Tensão na recepção (extremidade) I0 Corrente fornecida na origem I Corrente na recepção I e Correntes de fugas nas admitâncias Y 1 e Y 2 1 I U + ( I ) 0 = U + ZL I2 I + 0 = I + I1 I2 Z = R + j X Impedância da linha ou longitudinal L sh L L L L Y = G + jb Admitância de fugas ou transversal SISTE HJJRS RMS 39

40 Equações de Transmissão Esquema em Π eg=0 Equações simplificadas para as tensões e correntes nas extremidades de uma linha 2 B j Y Y L 2 1 = = 0 L 1 U 2 B j I = corrente de fugas na origem U 2 B j I L 2 = corrente de fugas na recepção I Z U 2 B jr U 2 B X U U L L L L L = 2 2 U 2 B j U 2 B j I I L 0 L = 2 2 SISTE HJJRS RMS 40

41 Isoladores Função? Eit Evitar a passagem de corrente do condutor ao apoio ou suporte e sustentar mecanicamente os cabos, barramentos,... Será que o isolador cumpre sempre a função para que foi criado? SISTE HJJRS RMS 41

42 Fenómenos de Condutividade Condutividade id d da massa do isolador Condutividade superficial Perfuração da massa do isolador Linha de arco Descarga disruptiva e contornamento SISTE HJJRS RMS 42

43 Fenómenos de Condução Condutividade superficial Contornamento da parte exterior do isolador. O fenómeno é favorecido pela deposição de poeiras e sais na superfície do isolador e pela presença de humidade, gelo e neve. Pode ser minorado dando ao isolador uma forma conveniente, de modo a tornar o mais longo possível o caminho da corrente de fuga (linha de fuga), e procedendo à limpeza do isolador. A linha de fuga normal é de 1,5 cm/kv e a linha de fugaalongada g de 2,6cm/kV SISTE HJJRS RMS 43

44 Fenómenos de Condução Descarga disruptivai e contornamento Arco entre o condutor e as partes metálicas dos suportes quando a rigidez dieléctrica do ar se apresenta com um valor bastante baixo, o que acontece sobretudo com chuva ou quando o grau de humidade é elevado SISTE HJJRS RMS 44

45 Características Desejáveis dos Isoladores Elevada resistividade Rigidez dieléctrica suficiente para que a sua tensão de perfuração seja muito superior à tensão de serviço, permitindo lhes suportar sobretensões que possam aparecer na linha sem rico de perfuração. Caso se verifique a perfuração, a característica isolante do dispositivo fica comprometida e a energia que se desenvolve no seu interior, devido ao arco resultante, poderá levar à explosão do isolador e à consequente queda do condutor SISTE HJJRS RMS 45

46 Características Desejáveis dos Isoladores Forma adequada para que sejam elevadas quer a linha de fuga, correntes de superfície, quer a linha de arco, contornamento Resistência mecânica suficiente para suportar os esforços exercidos pelos condutores Resistência às variações de temperatura Baixo custo SISTE HJJRS RMS 46

47 Tipos de Isoladores Os isoladores para ATdividem se emdois grupos: rígidos e de cadeia ou suspensão Os de tipo rígido são constituídos por um único bloco ou por várias partes sobrepostas e ligadas por um cimento especial Por dificuldade de fabricação e montagem estes isoladores são geralmente fb fabricados para tensões até 30kV SISTE HJJRS RMS 47

48 Tipos de Isoladores Os isoladores suspensos são compostos de vários elementos reunidos em forma de cadeia. Estes podem ser de porcelana ou vidro Basicamente existem 3 tipos de elementos que formam as cadeias de isoladores isoladores de campânula simples isoladores de campânula dupla isoladores de tronco alongado Uma cadeia de isoladores é formada por uma série de isoladores de campânula (cerâmica ou vidro) SISTE HJJRS RMS 48

49 Tipos de Isoladores Para 120 kv usam se cadeias de 6 a 8 elementos; para linhas de 500 kv usam se se 26 a 36elementos ee e A tensão média por isolador é de 10 kv Cadeias de suspensão: cadeias verticais ou em V usadas em postes onde há apenas suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou que fazem um pequeno ângulo Cadeias de amarração: cadeias horizontais usadas em postes de amarração, ângulo ou fim de linha As cadeias podem ser simples ou duplas SISTE HJJRS RMS 49

50 Tipos de Isoladores Tipos diversos de isoladores rígidos Bastão Pino Pilar Gola SISTE HJJRS RMS 50

51 Tipos de Isoladores Isolador tipo campânula e espigão (trabalha à compressão) 10 kv por elemento da cadeia SISTE HJJRS RMS 51

52 Isoladores Isoladores de campânula e espigão antipoluição 10 kv por elemento e e da cadeiaa Cadeia de isoladores SISTE HJJRS RMS 52

53 Tipos de Isoladores (continuação) SISTE HJJRS RMS 53

54 Isolador de suspensão SISTE HJJRS RMS 54

55 Acção do Vento sobre as Cadeias de Isoladores SISTE HJJRS RMS 55

56 Isolador de amarração SISTE HJJRS RMS 56

57 Cadeia de isoladores em V SISTE HJJRS RMS 57

58 Protecção dos Isoladores Haste de descarga Anel de descarga SISTE HJJRS RMS 58

59 Contornamento dos Isoladores SISTE HJJRS RMS 59

60 Protecção das Cadeias de Isoladores As cadeias são protegidas por um sistema de hastes e anéis de descarga entre os quais seformaoarcoeléctrico em caso de contornamento quando de uma sobretensão. SISTE HJJRS RMS 60

61 Amortecedores mecânicos SISTE HJJRS RMS 61

62 Amortecedores Mecânicos tipo Stockbridge SISTE HJJRS RMS 62

63 Avisos à Navegação Aérea Sinalização diurna Lâmpada de descarga de um sinalizador nocturno SISTE HJJRS RMS 63

64 Manutenção das Linhas Trabalhos em tensão SISTE HJJRS RMS 64

65 Manutenção das Linhas Lavagem das linhas SISTE HJJRS RMS 65

66 Protecção da Fauna Suportes especiais para ninhos SISTE HJJRS RMS 66

67 Apoios Um apoio para linha aérea é constituído pelo poste e respectiva fundação e ainda pelos elementos que suportam os condutores (armações) Material Madeira Metálicos Betão armado Fundações Solo Bases (betão, ferro,...) Maciços SISTE HJJRS RMS 67

68 Esforços sobre os Apoios Esforços verticais: devido ao peso do condutor e a possíveis depósitos de gelo ou neve acumulados sobre eles Esforços transversais: resultam quer da acção do vento sobre os apoios, que da tracção dos condutores quando estes formam ângulo Esforços longitudinais: verificam se quando as forças aplicadas ao apoio pelos condutores dos vãos adjacentes são diferentes ou quando o apoio só suporta condutores de um dos lados (fim de linha) SISTE HJJRS RMS 68

69 Apoios de aço Separador de feixe SISTE HJJRS RMS 69

70 Classificação dos Apoios Apoios de alinhamento: suportam unicamente os condutores e cabos de guarda, quando os vãos adjacentes estão no prolongamento um do outro. Esforços verticais e transversais. Apoios de ângulo: utilizados para suportar os condutores e cabos de guarda nos vértices dos ângulos formados por dois alinhamentos df diferentes. Esforços verticais e transversais. SISTE HJJRS RMS 70

71 Classificação dos Apoios Apoios de reforço: servem para proporcionar pontos firmes na linha limitando a propagação de esforços longitudinais de carácter excepcional, por exemplo, aquando da ruptura de um condutor. Normalmente colocados a cada 2 ou 3 km. Apoios fim de linha: montados no extremo da linha aérea devendo por isso resistir a esforços longitudinais de todos os condutores e cabos de guarda. SISTE HJJRS RMS 71