UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA ÊNFASE SISTEMAS DE POTÊNCIA DISCIPLINA: TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA II

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA ÊNFASE SISTEMAS DE POTÊNCIA DISCIPLINA: TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA II AMPACIDADE Professor: José Eduardo Villas Alunos: Alex Martins Browne Marcelo de Oliveira Paula dos Santos Marçal Thiago América

2 INTRODUÇÃO Ampacidade é capacidade máxima de corrente elétrica nos condutores de uma linha de transmissão, diante do aquecimento dos condutores sujeitos à corrente elétrica e as condições ambientais. 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, como mostra, por exemplo, as figuras 1 e 2. O aumento da temperatura nos condutores eleva a resistência, no qual altera a própria corrente elétrica. O vento em contato com o condutor é um elemento relevante no resfriamento, além da convecção. A radiação solar também influencia na elevação da temperatura do condutor. Figura 1: Distância de segurança (D) a locais acessíveis somente a pedestres. Fonte: NBR 5422 Figura 2: Distância de segurança (D) a telhados e terraços. Fonte: NBR 5422 Na figura 3 é mostrado o Cabo nú de Alumínio para linhas aéreas com alma de Aço (CAA). Condutor formado por uma alma de aço e coroas de fios de alumínio.

3 Figura 3: CAA (Condutores de Alumínio com alma de Aço). ACSR (Aluminum Conductor, Stell Reinforced).Fonte: Os termos utilizados nas equações do modelo, descritas adiante, estão definidas nas legendas abaixo:

4 Símbol o Descrição Unid ade D Diâmetro m T c Temperatura do Condutor C T p Passo da temperatura do condutor (gráfico) C α Coeficiente de absorção pu ε Fator de emissividade pu T a Temperatura ambiente C v Velocidade do vento m/s φ Ângulo da direção do vento TA Tipo de atmosfera - H e Altitude da região m lat Latitude da região H Hora local h N Dia do ano dia ZL Azimute da LT δ Inclinação solar ω Hora local H c Altitude do sol Q s Fluxo total de calor recebido pela superfície ao nível do mar K solar Fator de correção da radiação solar - Q se Valor corrigido de Qs W/m ² W/m ² C Constante de Zc X Variável de Zc - Zc Azimute do Sol θ Ângulo efetivo de incidência do sol q s Quantidade de calor recebida por aquecimento solar W/m q r Quantidade de calor dissipada por radiação W/m T f Temperatura do filme do ar C μ f k f ρ f Viscosidade filme do ar Condutividade térmica do filme do ar Densidade do filme do ar kg/ (m.s) W/ (m. C) kg/m ³ Re Número de Reynolds - K θ Fator de direção do vento - q c Quantidade de calor dissipado por convecção natural ou forçada W/m RT c Resistência AC na temperatura Tc Ω/m I Corrente admissível no condutor na temperatura Tc A

5 1 - Cálculo da Ampacidade dos Condutores Em condições de equilíbrio de velocidade do vento, temperatura, radiação solar e corrente elétrica, é válida a seguinte equação de equilíbrio para as várias formas de energia em jogo: ou seja, na qual é a capacidade de condução de corrente na temperatura Tc Cálculo de q c : Número de Reynolds (Re): Características do Ar Densidade do Filme do Ar (ρ f ): Temperatura do Filme do Ar (T f ):

6 Viscosidade Absoluta do Ar (μ f ): Condutividade Térmica do Filme do Ar (K f ): Quantidade de Calor Dissipado por Convecção Natural (quando v = 0m/s): Onde D está em mm; Quantidade de Calor Dissipado por Convecção Forçada (quando v > 0 m/s e 0,1<Re<1000): (em W/m) Onde D está em mm; E, Quantidade de Calor Dissipado por Convecção Forçada (quando v > 0 m/s e 1000<Re<18000): Onde D está em mm;

7 1.2 - Cálculo de q r : Cálculo de q s : Sendo: = 1 = 1,148x10-4 = 1,108x10-8 Os coeficientes e são tabelados para atmosfera limpa e atmosfera industrial, conforme abaixo: Atmosfera Limpa Atmosfera Industrial A -42, ,1821 B 63, ,2110 C -1,922 6,6138x10-1 D 3,46921x ,1658x10-2 E 3,46921x10-3 5,4654x10-4 F 1,94318x ,3446x10-6 G -4,07608x10-9 1,3236x10-8

8 varia de =1 (1 de janeiro) a =365 (31 de dezembro) o Ângulo da hora do dia (em graus) -180 o =< <0 0 0=<<180 o Cálculo de : APÊNDICE Equivalência de unidades: ft=0,3048m=12 1ft/s=0,3048m/s 1Km/h=0, ft/s 2ft/s=2,19Km/h 1W/m 2 =0,0929W/ft 2

9 1000W/m2=92,9W/ft2

10 BIBLIOGRAFIA - Institute of Electrical And Eletronics Enginners. IEEE Std IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature of Bare Overhead Conductors. Nova York: ALCOA: Current-Temperature Characteristics of Aluminum Conductors, Alcoa Conductor Engineering Handbook, Section 6 - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR5422 Projeto de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica. Rio de Janeiro, 1984