LINHAS DE TRANSPORTE SISTE 11-12

LINHAS DE TRANSPORTE SISTE 11-12

Rede Pública de Transporte SISTE HJJRS RMS 2

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

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

SISTE HJJRS RMS 5

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

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

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 ) 60 1443 165478 47,5 150 577 26476 85,0 220 394 12308 92,4 400 217 3723 97,6 SISTE HJJRS RMS 8

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

Tensões Normalizadas Tensão (V) Classes Designação Nominal Mais elevada Regulamentar Habitual 220/380 230/400 240/415 - - - 1ª Baixa Tensão Baixa Tensão 660 1000 - - 10000 (15000) 12000 17500 2ª Alta Tensão Média Tensão 20000 24000 (Distribuição) 35000 (45000) 40500 (52000) 66000 72500 3ª Alta 110000 123000 Tensão 132000 145000 (Repartição) (150000) 220000 380000 (170000) 245000 400000 400000 420000 Muito Alta Tensão (Transporte) 1000000 1200000 Ultra Alta Tensão SISTE HJJRS RMS 10

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: 5 376 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

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

Tipo de Linha Linha aérea SISTE HJJRS RMS 13

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

Linhas Subterrâneas SISTE HJJRS RMS 15

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

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

Manutenção das Linhas de Transporte SISTE HJJRS RMS 18

Fio de guarda Condutor de fase SISTE HJJRS RMS 19

Protecção das Linhas Aéreas contra Descargas Atmosféricas SISTE HJJRS RMS 20

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

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

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

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

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 1 118 1,18 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

Materiais Condutores Grandeza Cobre Cobre Alumínio Almelec Unidade recozido duro duro Resistividade a 0,01724 0,0177 0,0282 0,0326 Ωmm 2 m -1 20º C Coeficiente 0,00390039 0,00380038 0,00400040 0,00360036 ºC -1 de temperatura Tensão de 24 40 18 35 Kg f cm -2 ruptura Peso específico 89 8,9 889 8,89 2,70 2,7 gcm -3 SISTE HJJRS RMS 26

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 2 1 2 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

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 0 + + = 2 2 U 2 B j U 2 B j I I L 0 L 0 + + = 2 2 SISTE HJJRS RMS 40

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Tipos de Isoladores (continuação) SISTE HJJRS RMS 53

Isolador de suspensão SISTE HJJRS RMS 54

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

Isolador de amarração SISTE HJJRS RMS 56

Cadeia de isoladores em V SISTE HJJRS RMS 57

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

Contornamento dos Isoladores SISTE HJJRS RMS 59

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

Amortecedores mecânicos SISTE HJJRS RMS 61

Amortecedores Mecânicos tipo Stockbridge SISTE HJJRS RMS 62

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

Manutenção das Linhas Trabalhos em tensão SISTE HJJRS RMS 64

Manutenção das Linhas Lavagem das linhas SISTE HJJRS RMS 65

Protecção da Fauna Suportes especiais para ninhos SISTE HJJRS RMS 66

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

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

Apoios de aço Separador de feixe SISTE HJJRS RMS 69

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

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