Inovações Tecnológicas em Redes Elétricas

Inovações Tecnológicas em Redes Elétricas

Inovações Tecnológicas em Redes Elétricas

21/11/2005Cartagena de Indias

21/11/2005Cartagena de Indias

Davi Antunes LimaANEEL - BRASIL

Davi Antunes LimaANEEL - BRASIL

• Cabos Condutores para Linhas de Distribuição

• Novos Tecnologias em Cabos Condutores para Linhas de Transmissão

• O Estado da Arte em Estruturas

• Emendas à Implosão

• Ampacidade Estatística na Revisão da NBR-5422

• Novos Conceitos para Projetos de LT´s

• FACTS

• Equipamentos de Subestações

• Cabos Condutores para Linhas de Distribuição

• Novos Tecnologias em Cabos Condutores para Linhas de Transmissão

• O Estado da Arte em Estruturas

• Emendas à Implosão

• Ampacidade Estatística na Revisão da NBR-5422

• Novos Conceitos para Projetos de LT´s

• FACTS

• Equipamentos de Subestações

ConteúdoConteúdo

Cabos Condutores para Linhas de DistribuiçãoCabos Condutores para Linhas de Distribuição

Rede Compacta de DistribuiçãoRede Compacta de Distribuição• Locais Densamente Arborizados

• Ramais com Altas Taxas de Falhas

• Redução DEC/FEC

• Locais Densamente Arborizados

• Ramais com Altas Taxas de Falhas

• Redução DEC/FEC

• Ruas Estreitas

• Mais de 1 Circuito por Estrutura

• Condomínios Fechados

• Alternativa às Redes Isoladas

• Redução de Podas de Árvores

• Ruas Estreitas

• Mais de 1 Circuito por Estrutura

• Condomínios Fechados

• Alternativa às Redes Isoladas

• Redução de Podas de Árvores


Rede Compacta

de Distribuição

Análise Econômica

Rede Compacta

de Distribuição

Análise Econômica

• Investimento Inicial – 20% maior

• Taxas de Falhas – Reduzida

• Manutenção – Reduzida

• Poda de Árvores – Reduzida

• Custo Social

• Investimento Inicial – 20% maior

• Taxas de Falhas – Reduzida

• Manutenção – Reduzida

• Poda de Árvores – Reduzida

• Custo Social


Cabos Anti - FurtoCabos Anti - Furto• O PROBLEMA

• Utilização de Gatos – Conectores como garras de gatos, ou seja um conector perfura a isolação e outro é conectado ao Neutro, desviando a energia.

• A SOLUÇÃO

• Cabos Anti Furto Concêntricos – um condutor neutro que envolve o condutor fase e desta maneira se tentarem usar o “gato” estabelece-se um curto circuito da fase para o neutro, evitando o desvio de energia.

• O PROBLEMA

• Utilização de Gatos – Conectores como garras de gatos, ou seja um conector perfura a isolação e outro é conectado ao Neutro, desviando a energia.

• A SOLUÇÃO

• Cabos Anti Furto Concêntricos – um condutor neutro que envolve o condutor fase e desta maneira se tentarem usar o “gato” estabelece-se um curto circuito da fase para o neutro, evitando o desvio de energia.

Novas Tecnologias em Cabos Condutores para LT´s – Experiência BrasileiraNovas Tecnologias em Cabos Condutores para LT´s – Experiência Brasileira

Mais Utilizado no BrasilMais Utilizado no Brasil

Condutor utilizado em otimizações

Condutor utilizado em otimizações

Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência BrasileiraNovas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Brasileira

• LT GOIANINHA MUSSURÉ 230 kV Extensão LT 51 km

• LEILÃO ANEEL 003/2001 LOTE A

CARACTERÍSTICASPROJETO

ORIGINAL

PROJETO

MODIFICADO

CONDUTOR CAA GROSBEAK CAL FLINT

Resist. Seq. Positiva (/km)

0,111 0,1056

Perdas na LT (kW) 2115,9 1996,5

N° Estruturas 125 111

• Redução de 20% em relação ao projeto original (estruturas + cabos).

Liga Al + ZrLiga Al + Zr

Aço Convencional ou INVARAço Convencional ou INVAR

• ELETROSUL – Recapacitação das linhas:

- 230kV Areia – São Mateus – 120km

- 230kV Salto Osório – Campo Mourão Circ. 1 e 2 – 180km cada

MOTIVAÇÃO: Carregamentos inadmissíveis em regime de contingência

Cabo Termorresistente – até 150 °CCabo Termorresistente – até 150 °C


• Redução dos interstícios de 20% para 5%

• Aumento da área útil aumento da ampacidade

• Diminuição das Perdas por efeito Joule

• Redução dos interstícios de 20% para 5%

• Aumento da área útil aumento da ampacidade

• Diminuição das Perdas por efeito Joule

CABOS COMPACTOSCABOS COMPACTOS


Área Res. El. Ampacidade Perdas Área Res. El. Ampacidade Perdas

• Melhor comportamento frente Vibrações Eólicas

• Redução do Coeficiente de Arrasto (v > 45m/s)

• Menores ruídos e menor perigo rompimento fios

• Melhor auto-amortecimento

• Melhor resistência a fadiga

• Melhor comportamento frente Vibrações Eólicas

• Redução do Coeficiente de Arrasto (v > 45m/s)

• Menores ruídos e menor perigo rompimento fios

• Melhor auto-amortecimento

• Melhor resistência a fadiga

Vibrações EólicasVibrações Eólicas


Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência InternacionalNovas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Internacional

CONDUTORES – ALTA TEMPERATURA

HTLS – HIGH TEMPERATURE LOW SAG

CONDUTORES – ALTA TEMPERATURA

HTLS – HIGH TEMPERATURE LOW SAG


ACSS – Aluminum Conductor Steel SupportedACSS – Aluminum Conductor Steel Supported

• Operam até 250°C

• Sem CREEP

• 20 a 50% menor alongamento a temp. altas


• Sem CREEP

• 20 a 50% menor alongamento a temp. altas


• Expansão térmica 50% menor devido ao aço Invar

• 2 vezes o custo do ACSR


• Expansão térmica 50% menor devido ao aço Invar

• 2 vezes o custo do ACSR

ZTACIRZTACIR


GTACSRGTACSR

• Expansão reduzida devido ao pré tensionamento do aço extra-forte

• Suportado pelo Aço

• Bom para operação a 150°C

• Expansão reduzida devido ao pré tensionamento do aço extra-forte

• Suportado pelo Aço

• Bom para operação a 150°C


• Alma de compósito de alumínio

• Alma com baixo alongamento térmico (25% alum. Conv.)

• > 5 vezes o custo do ACSR


• Alma de compósito de alumínio

• Alma com baixo alongamento térmico (25% alum. Conv.)

• > 5 vezes o custo do ACSR

ACCR (3M)ACCR (3M)


ACCC (General Cable)ACCC (General Cable)

• Alumínio Trapezoidal Recozido sobre uma alma de compósito de fibra de carbono.

• Alma com expansão térmica igual a ZERO a altas temperaturas

• Bom para operação a 150°C ou 200 °C

• Alumínio Trapezoidal Recozido sobre uma alma de compósito de fibra de carbono.

• Alma com expansão térmica igual a ZERO a altas temperaturas

• Bom para operação a 150°C ou 200 °C

O Estado da Arte em EstruturasO Estado da Arte em Estruturas

InovaçõesInovações


Impacto VisualImpacto Visual

• Alguns Anos Atrás:

- Não feia

- Não bonita

- Apenas NECESSÁRIAS

• Evolução nas questões ambientais:

- Benefício Social

- Direitos Sociais

• Alguns Anos Atrás:

- Não feia

- Não bonita

- Apenas NECESSÁRIAS

• Evolução nas questões ambientais:

- Benefício Social

- Direitos Sociais


Evolução nas EstruturasEvolução nas Estruturas

• Estruturas Compactas

• Camufladas e “Invisíveis”

• Esteticamente Perfeitas

• Elegantes

• Estruturas Compactas

• Camufladas e “Invisíveis”

• Esteticamente Perfeitas

• Elegantes


Competição para Definição de EstruturasCompetição para Definição de Estruturas

• Faixa de Servidão extremamente pequena

• Problemas Ambientais

• Competição para definição de estrutura inovadora

• 48 Participantes

• Faixa de Servidão extremamente pequena

• Problemas Ambientais

• Competição para definição de estrutura inovadora

• 48 Participantes



A VENCEDORAA VENCEDORA



VENCEDORA ModificadaVENCEDORA Modificada



Custos :

- LT Convencional 470.000 €/km

- Nova Tecnologia 562.000 €/km

Custos :

- LT Convencional 470.000 €/km

- Nova Tecnologia 562.000 €/km


Integração das Torres com o

Ambiente

Integração das Torres com o

Ambiente

- Escolha da Melhor Rota para LT

- Torres Estéticas quando necessário

- Pintura Especial ou Tratamento Artístico

- Escolha da Melhor Rota para LT

- Torres Estéticas quando necessário

- Pintura Especial ou Tratamento Artístico

Emendas à ImplosãoEmendas à Implosão

Emenda à compressão convencional

Emenda à compressão convencional

- Emendas feitas uma a uma

- Duas compressões diferentes : 1 para alma de aço, outra para o alumínio

- Equipamentos necessários:

- Compressor, Matriz e Prensa

- Tempo médio: 30 minutos

- Emendas feitas uma a uma

- Duas compressões diferentes : 1 para alma de aço, outra para o alumínio

- Equipamentos necessários:

- Compressor, Matriz e Prensa

- Tempo médio: 30 minutos


Emenda à ImplosãoEmenda à Implosão

- Explosivo plástico totalmente estável

- Emenda fornecida com detonador de última geração, com fibra óptica

- Emendas podem ser detonadas simultaneamente

- Depois de executadas não dependem de acabamento final

- Emendas feitas simultaneamente

- Tempo médio : 3 minutos

- Explosivo plástico totalmente estável

- Emenda fornecida com detonador de última geração, com fibra óptica

- Emendas podem ser detonadas simultaneamente

- Depois de executadas não dependem de acabamento final

- Emendas feitas simultaneamente

- Tempo médio : 3 minutos

Ampacidade Estatística na Revisão da NBR 5422Ampacidade Estatística na Revisão da NBR 5422

MÉTODO DETERMINÍSTICO

- Velocidade do vento 1 m/s – perpendicular

- Temperatura Ambiente Média das máximas diárias

- Radiação Solar 1000 W/m2

MÉTODO DETERMINÍSTICO

- Velocidade do vento 1 m/s – perpendicular

- Temperatura Ambiente Média das máximas diárias

- Radiação Solar 1000 W/m2

POR QUÊ MUDAR???

- Melhoria da confiabilidade da Linha

- Possibilidade de aumento nos níveis de carregamento das LT´s existentes (ou diminuição)

- Banco de Dados das condições climáticas

- Utilização de novos materiais

- Novos Conhecimentos Técnicos

POR QUÊ MUDAR???

- Melhoria da confiabilidade da Linha

- Possibilidade de aumento nos níveis de carregamento das LT´s existentes (ou diminuição)

- Banco de Dados das condições climáticas

- Utilização de novos materiais

- Novos Conhecimentos Técnicos


Risco Térmico

- Vento

- Temperatura Ambiente

- Radiação Solar

Risco Térmico

- Vento

- Temperatura Ambiente

- Radiação Solar

Risco de Falha

- Fator de correção atmosférica

Risco de Falha

- Fator de correção atmosférica


METODOLOGIA EM DISCUSSÃO NA REVISÃO DA NBR 5422

- Definida por dois pares de valores de temperaturas e distâncias cabo-solo

- (t1,d1) condição típica de referência

- (t2,d2) condição limite de referência

METODOLOGIA EM DISCUSSÃO NA REVISÃO DA NBR 5422

- Definida por dois pares de valores de temperaturas e distâncias cabo-solo

- (t1,d1) condição típica de referência

- (t2,d2) condição limite de referência


RISCO TÉRMICO

- Ttip risco térmico máximo de 15%

- Tlim riscos térmicos máximos entre 1% e 7,5%, para corrente normal ou sobrecorrentes

RISCO DE FALHA- dtip risco de falha de 10-6

- dlim risco de falha de 10-4

RISCO TÉRMICO

- Ttip risco térmico máximo de 15%

- Tlim riscos térmicos máximos entre 1% e 7,5%, para corrente normal ou sobrecorrentes

RISCO DE FALHA- dtip risco de falha de 10-6

- dlim risco de falha de 10-4


DISTÂNCIA DE SEGURANÇA – Revisão NBR 5422DISTÂNCIA DE SEGURANÇA – Revisão NBR 5422

Novos Conceitos para Projetos de LT´sNovos Conceitos para Projetos de LT´s

LINHAS COMPACTAS E HSIL (HIGH SIL)LINHAS COMPACTAS E HSIL (HIGH SIL)

TOTAL: 260 GW

EM OPERAÇÃO: 72 GW

TOTAL: 260 GW

EM OPERAÇÃO: 72 GW

FATORES PARA TRANSMISSÃO

- Longas distâncias

- Sistemas de Transmissão

transportarão grandes blocos de energia

- Alternativas que reduzam custo de energia deverão ser desenvolvidas

- Restrições ambientais deverão motivar maior eficiências nos corredores (MW/m2)

FATORES PARA TRANSMISSÃO

- Longas distâncias

- Sistemas de Transmissão

transportarão grandes blocos de energia

- Alternativas que reduzam custo de energia deverão ser desenvolvidas



SISTEMAS MAIS EFICIENTESSISTEMAS MAIS EFICIENTES

EXEMPLOS

- Desenvolvimento de Sistemas AC com alta capacidade de transporte utilizando linhas compactas e HSIL

- Uso de Compensação Série

Avaliar LT´s DC para longas distâncias


EXEMPLOS

- Desenvolvimento de Sistemas AC com alta capacidade de transporte utilizando linhas compactas e HSIL

- Uso de Compensação Série

Avaliar LT´s DC para longas distâncias



CASO EXEMPLOCASO EXEMPLO

TRANSPORTE DE 5000 MW em 500kVTRANSPORTE DE 5000 MW em 500kV

1. Linha de Transmissão Convencional SIL = 1000 MW1. Linha de Transmissão Convencional SIL = 1000 MW

2. Linha de Transmissão Compacta SIL = 1250 MW2. Linha de Transmissão Compacta SIL = 1250 MW

3. Linha de Transmissão Compacta e Compensação3. Linha de Transmissão Compacta e Compensação


CONCEITOS BÁSICOSCONCEITOS BÁSICOS

SIL = V2/Z1

Z1 = ZS – ZM

Onde: ZS = impedância própria

ZM = impedância mútua

- Na compactação se reduz a geometria do topo das estruturas fases mais próximas

- Aumenta, portanto, o ZM

- Consequentemente reduz Z1

SIL = V2/Z1

Z1 = ZS – ZM

Onde: ZS = impedância própria

ZM = impedância mútua

- Na compactação se reduz a geometria do topo das estruturas fases mais próximas

- Aumenta, portanto, o ZM

- Consequentemente reduz Z1


Torre CompactaTorre Compacta Torre ConvencionalTorre Convencional500 kV500 kV


Tabela Comparativa

525kV

Tabela Comparativa

525kV

Tabela Comparativa

230kV

Tabela Comparativa

230kV


Torre Raquete 500kV

Torre Raquete 500kV

Torre Raquete 230kV

Torre Raquete 230kV


Torres CROSS ROPE Torres CROSS ROPE

Desenvolvimento

- Foram desenvolvidas para o mesmo SIL das torres raquetes

- Menor distância entre fases do mundo 5,5m

- Redução de 20% no investimento se comparada as torres raquetes

- No Brasil existem 1665 km de LT´s 500 kV construídas com CROSS ROPE

- Excelente opção para transmissão com tensão superior a 500kV

- Estas estruturas estão sendo consideradas no estudo da Transmissão de Belo Monte em 765kV

Desenvolvimento

- Foram desenvolvidas para o mesmo SIL das torres raquetes

- Menor distância entre fases do mundo 5,5m

- Redução de 20% no investimento se comparada as torres raquetes

- No Brasil existem 1665 km de LT´s 500 kV construídas com CROSS ROPE

- Excelente opção para transmissão com tensão superior a 500kV

- Estas estruturas estão sendo consideradas no estudo da Transmissão de Belo Monte em 765kV


Torres CROSS ROPE Torres CROSS ROPE


HSIL HSIL

Desenvolvimento

- A teoria do HSIL trabalha na otimização do campo elétrico na superfície do condutor para prover um maior SIL

- Para otimização dos campos elétricos é proposto alterar as formas através de feixes assimétricos, ao invés de distribuição simétrica dos condutores

- Feixe expandido ocasiona um aumento de 30% no SIL para condutores existentes e de 70% para adição de novo condutor em LT com somente um condutor (depende do nível de tensão)

Desenvolvimento

- A teoria do HSIL trabalha na otimização do campo elétrico na superfície do condutor para prover um maior SIL

- Para otimização dos campos elétricos é proposto alterar as formas através de feixes assimétricos, ao invés de distribuição simétrica dos condutores

- Feixe expandido ocasiona um aumento de 30% no SIL para condutores existentes e de 70% para adição de novo condutor em LT com somente um condutor (depende do nível de tensão)


HSIL HSIL

HSIL 230kV – SIL de 360MW (projeto regular – 130MW)





Solução 1 com

Feixe Expandido

Solução 1 com

Feixe Expandido

- LT Milagres – Fortaleza 2x400km

- Custo de 18% de uma LT

- SIL + 38%

- LT Milagres – Fortaleza 2x400km


- SIL + 38%

- Adição de um condutor de bitola menor

- Adição de um condutor de bitola menor


Solução 2 com

Feixe Expandido

Solução 2 com

Feixe Expandido

- Adição de um condutor de bitola menor auto sustentado

- Adição de um condutor de bitola menor auto sustentado

- LT Paulo Afonso - Milagres 2x255km


- SIL + 60%

- LT Paulo Afonso - Milagres 2x255km


- SIL + 60%


Interligação N/NEInterligação N/NE

- Solicitação – 1200MW- Solicitação – 1200MW


Interligação N/NEInterligação N/NE

FACTS–Flexible AC TransmissionSystemsFACTS–Flexible AC TransmissionSystems

Inteligência em Regime Permanente:

- Soluções sem sistema de controle capaz de variar dinamicamente seus parâmetros:

- LPNE

- Compensação Reativa Fixa.

Inteligência em Regime Dinâmico:

- Soluções com sistema de controle capaz de variar dinamicamente seus parâmetros:

- FACTS- HVDC

Inteligência em Regime Permanente:

- Soluções sem sistema de controle capaz de variar dinamicamente seus parâmetros:

- LPNE

- Compensação Reativa Fixa.

Inteligência em Regime Dinâmico:

- Soluções com sistema de controle capaz de variar dinamicamente seus parâmetros:

- FACTS- HVDC


Primeiro Conceito:

- Dispositivos baseados em Eletrônica de Potência com o objetivo de prover os Sistemas CA com maior flexibilidade.

Conceito Atual:

- Dispositivos baseados em Eletrônica de Potência com o objetivo de prover os Sistemas CA com maior flexibilidade, sendo também uma fonte de serviços ancilares.

Primeiro Conceito:

- Dispositivos baseados em Eletrônica de Potência com o objetivo de prover os Sistemas CA com maior flexibilidade.

Conceito Atual:

- Dispositivos baseados em Eletrônica de Potência com o objetivo de prover os Sistemas CA com maior flexibilidade, sendo também uma fonte de serviços ancilares.


Segurança dos Sistemas de Transmissão

- Oscilações Eletromecânicas

- Colapso de Tensão

Critérios de Performance

- Geral :

- N-1

- Áreas Críticas : Evitar Colapso de Tensão

- Interconexões: - Qual capacidade? - Deve resistir a qual impacto?

Segurança dos Sistemas de Transmissão

- Oscilações Eletromecânicas

- Colapso de Tensão

Critérios de Performance

- Geral :

- N-1

- Áreas Críticas : Evitar Colapso de Tensão

- Interconexões: - Qual capacidade? - Deve resistir a qual impacto?


SISTEMA ASISTEMA A SISTEMA BSISTEMA B

Linhas Longas > baixo sincronismoLinhas Longas > baixo sincronismo(colapso de tensão)(colapso de tensão)

Interligação de sistemas > OscilaçõesInterligação de sistemas > Oscilaçõesde Baixa Frequênciade Baixa Frequência

Equipamentos de SubestaçõesEquipamentos de Subestações

Arranjo Disjuntor e Meio Modificado

-Alternativa ao arranjo Barra Dupla a quatro chaves exigido para SE´s de 230 kV



- Modificação Proposta A conexão de um ponto de carga em cada barramento com a utilização de chaves secionadoras, operando normalmente abertas, servindo como "by-pass" dos barramentos, para alimentação dos pontos de carga conectados diretamente nos barramentos, pelos disjuntores mais próximos


- Modificação Proposta A conexão de um ponto de carga em cada barramento com a utilização de chaves secionadoras, operando normalmente abertas, servindo como "by-pass" dos barramentos, para alimentação dos pontos de carga conectados diretamente nos barramentos, pelos disjuntores mais próximos


Comparação de Investimentos


Técnicas em Linha Viva para Manutenção de Subestações

Método à Distância- Serviços executados através de bastões / isolantes mantendo a distância de segurança, não havendo contato direto

Método à Distância- Serviços executados através de bastões / isolantes mantendo a distância de segurança, não havendo contato direto



Método ao Potencial (Convencional)- Serviços executados com eletricista ao mesmo potencial do equipamento e o restante da equipe trabalhando à distância.

Método ao Potencial (Convencional)- Serviços executados com eletricista ao mesmo potencial do equipamento e o restante da equipe trabalhando à distância.



Método ao Potencial (Novo)-Mesmo príncipio do método convencional, com a diferença de que o andaime isolante é montado no assoalho da carroceria do caminhão da manutenção.

-Vantagens :- Maior Praticidade- Menor Desgaste Físico- Confiabilidade- Menor Exposição ao Risco- Segurança da Equipe- Recursos Disponíveis- Menor Tempo de Intervenção

Método ao Potencial (Novo)-Mesmo príncipio do método convencional, com a diferença de que o andaime isolante é montado no assoalho da carroceria do caminhão da manutenção.

-Vantagens :- Maior Praticidade- Menor Desgaste Físico- Confiabilidade- Menor Exposição ao Risco- Segurança da Equipe- Recursos Disponíveis- Menor Tempo de Intervenção



Método ao Potencial (Novo)

Inovações Tecnológicas em Redes Elétricas

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