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Seminário “Transmissão de Energia Elétrica a Longa Distância”

Desafios de Pesquisa para a Transmissão de Energia

Albert C. G. MeloD I R E T O R D E P E S Q U I S A E D E S E N V O L V I M E N T O

Transmissão de Energia Elétrica a Longa Distância em Corrente Alternada

05 de outubro de 2007 - Recife - PE

Desafios da Transmissãoa Longa Distância

� Montantes elevados� Investimento� Perdas⇒ oportunidade para soluções otimizadas

� Desafios adicionais para manutenção e operação� Demanda por soluções especiais de monitoramento

� Limites de capacidade de transmissão� Necessidade de soluções técnicas para elevar a capacidade de transmissão das LTs

� Diversidade de condições� Climáticas⇒ maior precisão quando se considera a diversidade de condições climáticas no dimensionamento

� Socioambientais

� Impactos no planejamento e na operação do sistema elétrico

Necessidade de PesquisaFace aos Desafios

� Otimização do projeto – aperfeiçoamentos nos modelos computacionais para otimização do estudos eletromecânicos

� Concepção de LTs de alto desempenho

� Redução dos custos de investimentos e das perdas elétricas

� Desafios socioambientais

� Caracterização do ambienteCaracterização do ambiente

� Aprimoramento de modelos estatísticos da ação do clima

� Aprimoramento de modelos estatísticos dos efeitos da LT no meio ambiente

� Atualização de banco de dados

� Mapeamento da distribuição espacial de variáveis climáticas

� Monitoramento das linhas

� Implantação de sistemas de monitoramento

� Desenvolvimento de técnicas de monitoramento

� Aprimoramento e integração dos modelos para estudos elétricos e mecânicos, visando otimização dos projetos - Projeto ELEKTRA

� Aprimoramento dos modelos climáticos, construção de banco de dados meteorológicos, melhoria da transferência espacial de variáveis

� Implantação e avaliação de sistemas modernos de monitoramento e

Algumas ações de pesquisasdo CEPEL face aos desafios

� Implantação e avaliação de sistemas modernos de monitoramento e desenvolvimento de novas técnicas e instrumentos para monitoramento e diagnóstico - Projeto MONDIAL

� Desenvolvimento de soluções otimizadas para LTs longas de alta capacidade - Projeto CONCEPTLT

� Implantação de infraestrutura laboratorial para validação e aprimoramento das novas soluções - Projeto LTLONGDIST

� Metodologia e programas computacionais para a análise do impacto no planejamento e na operação do sistema elétrico

Cadeia de Modelos Energéticos para Planejamento da Expansão e operação

Horizontese EstágiosTemporais

20-30 Anos,estágios anuais

a1 Semana,

estágios horários

Aplicação de Processamento

Paralelo

Alternativas de Expansão analisadaspelo MELP no PNE 2030

Cadeia de Modelos Cadeia de Modelos Elétricos Elétricos para o para o Planejamento e OperaçãoPlanejamento e Operação

ANAFAS /ANAQUALI

Análise de Curto-Circuito

ANASINPlanejamento de

Longo Prazo considerando fluxo

linear

NH2

PLANTACPlanejamento da

Transmissão considerando o Custo

da Confiabilidade .

ANAREDE

Análise de Redes

ANATEM

Análise de Transitórios Eletromecânicos

PACDYNOscilação Inter-Áreas

e Análise de RessonânciaSubsíncrona

FLUPOTFluxo de Potência

Ótimo

NH2Simulação

Probabilística e Confiabilidade

SAPREHARMZS

PlotCepel FormCepel

Análise Harmônica

EditCepel

Otimização do projeto de LTs

� Integração, em um programa computacional, dos modelos de cálculos elétricos e mecânicos para o dimensionamento de LTs otimizadas� Aprimoramento e integração dos modelos� Projeto ELEKTRA

Projeto tradicional Projeto otimizadoProjeto tradicional Projeto otimizadoProjeto tradicional Projeto otimizadoProjeto tradicional Projeto otimizado

Otimização do projeto

Projeto ELEKTRA – Estágio Atual

ANÁLISE DA CONFIGURAÇÃO ECONÔMICA

OTIMIZAÇÃO DE FEIXES

NÃO CONVENCIONAIS

DESEMPENHO

CAMPO ELÉTRICO SUPERFICIAL

TEMPERATURA SUPERFICIAL

CORON A

CUSTOS

PERDAS DE POTÊNCIA E ENERGIA

INSTALAÇÃO

ADMINISTRAÇÃO E PROJETOS

EVENTUAIS E MEIO AMBIENTE MANUT. E OPERAÇÃO CAMPOS ELÉTRICO

E MAG. NO SOLO

ESTAÇÕES CONVERSORAS (CC)

GERAÇÃO DE CONFIGURAÇÕES

Etapas já integradas ao ELEKTRA

Acesso a outros programas do CEPEL (em fase de integração)

Custos a serem informados pelo usuário

RUÍDO AUDÍVEL

EFEITOS ELETROSTÁTICOS

TV INTERFERÊNCIA

RADIO

INTERFERÊNCIA

DISTÂNCIAS DE SEGURANÇA

ENERGIA

JOULE

ESTAÇÕES CONVERSORAS (CC)

CORONA

ESTRUTURA

FUNDAÇÃO

ESCAVAÇÃO

CABO

LANÇAMENTO

FERRAGENS

FAIXA DE SERVIDÃO

COMPENSAÇÃO

SÉRIE SHUNT

Otimização do projeto

ELEKTRA – estudo de alternativas

∆CE vsdist eixo

Aprimoramento de modelos –Exemplo: Cálculo de CEM em 3D

Perfil de CE –Calculado e Medido

Campo no vão

Linhas de alta capacidade

� Necessidade de soluções técnicas para elevar a capacidade de transmissão em LTs longas (compensação, LPNE)

� O CEPEL vem desenvolvendo concepções de linhas de alta capacidade com vantagens competitivas (menor R$/MW)

Uma vantagem das LTs de alta capacidade reside na � Uma vantagem das LTs de alta capacidade reside na possibilidade de elaborar alternativas “sob medida”, oferecendo parâmetros (reatância, potência natural) ideais para a operação do sistema

� Exemplos� LT 230 kV (2) – 640 km – P. Afonso – Fortaleza� LT 500 kV (1) – 760 km – P. Dutra - Fortaleza


LT 500 kV

Linhas de alta capacidade -Determinação do Condutor Ótimo

Estudo técnico-econômico para escolha de condutor “ótimo”- Programa ELEKTRA


Características técnicas e econômicaspara um dado tipo de condutor

Linhas de alta capacidade –Versatilidade de soluções

� Desenvolvimento de soluções otimizadas de alta capacidade para LTs longas – Projeto CONCEPTLT

Tensão: 550 kV

Pot Natural: 1800 MW Pot Natural: 2100 MW

Linhas de alta capacidade –Aprimoramento de componentes

Ensaio de corona laboratório AT-1 CEPEL – setembro/2007Ferragem pré-comercial

Aspectos socioambientais

�Desafios Socioambientais� Linhas atravessando diferentes ecossistemas - inclusive a região Amazônica

� Linhas chegando em regiões de grande densidade populacional

� Soluções Aplicáveis� Análise de alternativas para seleção de corredores- Projeto AMBIENTRANS

� Elaboração de indicadores de avaliação socioambiental� Avaliação ambiental na expansão do sistema– Projeto AAEXP

Programa AMBIENTRANS

USO DO GEOPROCESSAMENTO NA SELEÇÃO DE CORREDORES

PREFERENCIAIS PARA PASSAGEM DE LINHAS DE TRANSMISSÃO

� Objetivo: Minimização dos impactos DRENAGEM

ÁREAS PROTEGIDAS

COBERTURA FLORESTAL

DECLIVIDADE

� Objetivo: Minimização dos impactos ambientais negativos, integradamente aos aspectos econômicos e construtivos� Implementação associada a um Sistema de Informações Geográficas (SIG) permitindo a automatização da construção, avaliação e seleção de alternativas

DRENAGEM

VIAS DE CIRCULAÇÃO

ÁREAS URBANAS

ÁREAS AGRÍCOLAS

MAPA RESULTANTE

Programa AMBIENTRANS –Seleção de Corredor

Caracterização do clima

� Aprimoramento dos modelos da ação do clima no desempenho de LTs� Mudança enfoque de determinístico para estatístico

� Dimensionamento estrutural� Ampacidade� Coordenação de isolamento� Coordenação de isolamento� Campos interferentes

� Banco de dados meteorológicos e melhoria dos mapeamentos de variáveis climáticas� Instituições nacionais de meteorologia (INMET, INPE, DCEA)

� Cepel� Convênio Cepel com o INMET e INPE (em negociação)

Caracterização do clima

� Influência do clima no custo de instalaçãode LTs otimizadas

Estrutura autoportante Estrutura estaiadaEstrutura autoportante Estrutura estaiada

500 kV CA

1000 MW

3 subcondores/fase

IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS DE MONITORAMENTO

� Parâmetros ambientais para o projeto da LT� Nível de poluição � Dados meteorológicos� Nível ceráunico� Corrosão de materiais

Monitoramento de linhas

� Parâmetros para operação e manutenção da LT –dispositivos para informar sobre o estado de componentes e grandezas� Corrente de fuga em isoladores� Temperatura dos condutores� Distância condutor-solo� Dados meteorológicos� Campos elétrico e magnético e interferências

Aplicação de técnicas de inspeção instrumentalizada para monitoramento de isoladores e outros componentes da LT

� Infra-vermelho (Termovisão)


Identificação de características funcionais de comp onentes

Infra-vermelho (Termovisão)

� Ultra-violeta (Medição de corona)

� Outros dispositivos (ultra-som etc)

� Aplicação de sistemas de

� Avaliação de campos elétrico e magnético, radiointerferência e ruído audível sob a LT

Monitoramento de linhas –Interferência de LTs

� Aplicação de sistemas de levantamento aéreo a laser para identificação de pontos críticos, como vegetação e outros elementos nas faixas de servidão

� Utilização de satélites para monitoramento de queimadas próximas à LT

� Novas tecnologias para monitoramento on-line, com aplicação de sensores nos cabos e nos demais componentes da LT

� Utilização de dispositivos de transferência de dados, através de cabos OPGW, cabos condutores ou isoladores com fibra ótica e de telefonia celular


Monitoramento de linhasem tempo real

Medição de parâmetros elétricos e da temperatura dos condutores� Donut� CAT-1

Ampliação e modernização de infra-estrutura laboratorial do CEPEL

� Necessidade de validação de novas concepções de LTs, em especial a longa distância

Capacitação para novos projetos de pesquisa� Capacitação para novos projetos de pesquisa

� Comportamento do isolamento em “gaps” longos

� Comportamento de LTs face a descargas atmosféricas

� Influência da forma de onda de impulsos de manobra

� Modelagem dos efeitos de campos e interferências

PROJETO LTLongdist

� Investimento:ELETROBRÁS R$ 21.150.000,00FINEP R$ 15.000.000,00


CEPEL R$ 5.600.000,00 – pessoal� Prazo: 3 anos

� Capacitação dos laboratórios do CEPEL� Corrente alternada: até 1.100 kV� Corrente contínua: até +/- 800 kV

� Representa investimentos da ordem de 5% de uma LT longa em 500kV

y300

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(LINHA DA ALTA TENSÃO)


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LIMITE

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CERCA

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(Base 30 x 72m)

BASE DO GERADORTRAFO CASCATARETIFICADOR CASA DE CONTRÔLE

L0NGDIST

Planta de situação CEPEL - Adrianópolis

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AT1 – EXTERNOConfigurações trifásicasensaios de:- isolamento- corona


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(Base 30 x 72m)


L0NGDIST

- corona- RIV


Arranjo da área externa de ensaio


Maquete da área externa de ensaio

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AT1 – INTERNOConfigurações monofásicasensaios de:- isolamento- corona


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(Base 30 x 72m)


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GAIOLA CORONA• determinação da função de excitação de novos condutores• medição de perdas


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(Base 30 x 72m)


L0NGDIST

• medição de perdas

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MÉDIA POTÊNCIA• desempenho em arco de potência de ferragens de grandes dimensões


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(Base 30 x 72m)


L0NGDIST

dimensões

Conclusão geral

O CEPEL, com o apoio do Grupo ELETROBRÁS, está buscando se manter no estado-da-arte para vencer os desafios de estado-da-arte para vencer os desafios de P&D (teórico e experimental) associado à transmissão a longa distância

Obrigado!Obrigado!

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