Linhas de Transporte 11 12 - Departamento de Engenharia...
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LINHAS DE TRANSPORTE
SISTE – 11-12
Rede Pública de Transporte
SISTE HJJRS RMS 2
Linhas de Transportep
Porquê uma rede de transporte?q p
Quais as tensões de serviço a escolher?
Que tipo de corrente?
Monofásica?Trifásica?Contínua?
Linha aérea ou subterrânea?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 grandesenergia eléctrica, centrais eléctricas, entre si e entre estas e as grandes
subestações, de distribuição ou seccionamento – grande distribuição ou
distribuição primáriadistribuição primária.
São usadas também para interligar redes nacionaisSão usadas também para interligar redes nacionais.
Estas linhas cobrem normalmente grandes distâncias pelo que, de modo a
minorar as perdas no transporte devem possuir tensões elevadasminorar as perdas no transporte, devem possuir 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
Tensão Intensidade Perdas Joule Rendimento
Potência = 150 MW Comprimento = 300 km Secção = 400 mm2
U2
kVA
I = P2/√3×U2
kW3×RI2
%η=100×P2/(P2+3×RI2)
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 ‐ BTA utilização de electrodomésticos BT
SISTE HJJRS RMS 9
Tensões Normalizadas
Tensão (V) Classes Designação
Nominal Mais elevada Regulamentar Habitual
220/380230/400240/415
---
1ª BaixaTensão
Baixa Tensão
6601000
--
10000(15000)20000
120001750024000
2ª Alta Tensão
Média Tensão
(Distribuição)2000035000
(45000)
2400040500
(52000)
(Distribuição)
66000110000132000
72500123000145000
3ª AltaTensão
(Repartição)132000 145000 (Repartição)
(150000)220000380000
(170000)245000400000
Muito Alta Tensão
(Transporte)400000 420000
1000000 1200000 Ultra AltaTensão
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: 357,4 km), ( ) ( , , )
– Baltic‐Cable, Mar Báltico (D – S) ‐ (249 km, total: 261 km)
SISTE HJJRS RMS 11
Natureza da Corrente
C t lt d t ifá iCorrente alternada trifásica:
Praticamente todas as linhas de transporte usam este tipo decorrente – vantagens do sistema trifásico
Corrente contínua:
Em certas condições, linhas aéreas com distâncias entre 800e 1000 km, cabos subterrâneos com comprimentos maiores que60 km, travessia de braços de mar, etc., a solução do uso da cc évantajosa, em particular se se fizer o retorno pelo solo ou mar.j , p 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 Multifilar cobre, alumínio, liga de alumínio
Bimetálico alumínio aço (ACSR Bimetálico – alumínio-aço (ACSR –aluminium conductor steelreinforced)
SISTE HJJRS RMS 17
Manutenção das Linhas de Transporte
SISTE HJJRS RMS 18
Fio de guardaFio 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 fiosde aço
Fios de alumínioFios de alumínioduro
O cabo de alumínio aço comparado com o de cobre homogéneoO cabo de alumínio‐aço, comparado com o de cobre homogéneode mesma resistência, possui:
M i diâ t d tMaior 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 d Al í i Ade Alumínio-Aço
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
Ef itEfeito coroa
Aparelhagem de protecção
NormalizaçãoNormalização
Condições de segurança
Condições regulamentaresCo d ções egu a e ta es
Perda de energia
Custo
SISTE HJJRS RMS 24
Materiais Condutores
Referências Cobre Alumínio
Relação entre secções 1 1,61Igualresistência óhmica
Relação entre diâmetros 1 1,27
Relação entre pesos 1 0,48,
Igual corrente máxima e
Relação entre secções 1 1,39
Relação entre diâmetros 1 1 18aumento de temperatura
Relação entre diâmetros 1 1,18
Relação entre pesos 1 0,42
Igual diâmetroRelação entre resistências 1 1,61
Relação entre intensidades máximas 1 0,78
SISTE HJJRS RMS 25
Materiais Condutores
Grandeza Cobrerecozido
Cobreduro
Alumínioduro
Almelec Unidade
Resistividade a 0,01724 0,0177 0,0282 0,0326 Ωmm2m-1
20º C0,01724 0,0177 0,0282 0,0326 Ωmm m
Coeficiente 0 0039 0 0038 0 0040 0 0036 ºC-1Coeficientede temperatura
0,0039 0,0038 0,0040 0,0036 ºC
Tensão de 24 40 18 35 Kg cm-2Tensão deruptura
24 40 18 35 Kgfcm-2
P ífi 8 9 8 89 2 0 2 3Peso específico 8,9 8,89 2,70 2,7 gcm-3
SISTE HJJRS RMS 26
Condutores e o Efeito Coroa
Campo eléctrico em tornode três tipos diferentes decondutores (para a mesmacondutores (para a mesmatensão)
SISTE HJJRS RMS 27
O Efeito Coroa
A presença no condutor de protuberâncias como gotas de água, flocos de neve, insectosou asperezas produz incrementos locais muito intensos do campo eléctrico Como tal oou asperezas, produz incrementos locais muito intensos do campo eléctrico. Como tal oefeito coroa varia grandemente com as condições atmosféricas e da superfície doscondutores.Normalmente este efeito não ocorre em redes abaixo dos 200 kV.
SISTE HJJRS RMS 28
Feixes de condutores (vários condutorespor fase – aumento do diâmetro médiogeométrico):
Usam-se 2, 3 e 4 podendo chegar-se aUsa se , 3 e pode do c ega se a6 para 800 kV e a 8 para 1000 kV
SISTE HJJRS RMS 29
Projecto de uma Linha AéreaCál l â iCálculo mecânico
Verificação das tensões mecânicas e flechas dos condutoresVerificação das tensões mecânicas e flechas dos condutores
Verificação da estabilidade dos apoiosç p
Força transversal devida ao vento:
Apoios de alinhamento
VF c q Sα= × × ×VF c q Sα × × ×
α‐ coeficiente de reduçãoc – coeficiente de formaq – pressão dinâmica do vento em N/m2
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: edifíciosverificar distância a: edifícios
árvoressolo
SISTE HJJRS RMS 31
Projecto de uma Linha AéreaAcção devida ao gelo
10 mm0
Considerar no peso do condutor uma camada de gelo de 10 mm de espessura
Verificar:
aquecimentoaquecimentovibraçõescontactos acidentais
SISTE HJJRS RMS 32
Modelo Eléctrico de uma Linha de Transportep
Em virtude da grande extensão de uma linha de transporte não é possívelconsiderá‐la de parâmetros concentrados mas antes distribuídos sem o que seconsiderá‐la de parâmetros concentrados mas antes distribuídos sem o que seintroduziriam 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 Transportep
2 ( ) ( )( ) ( )d V x R j L G j C V2
2
( ) ( )( ) ( )
( )
R j L G j C V xdx
d I
ω ω= + +
2
( ) ( )( ) ( )d I x R j L G j C I xdx
ω ω= + +
Sistema de equações diferenciais para V e IApós integração...
( ) cosh sinhV x A x B xγ γ= +( ) cosh sinhI x C x D xγ γ= +
SISTE HJJRS RMS 34
Modelo Eléctrico de uma Linha de Transportep
A, B, C e D constantes de integração, , g ç
Fazendo A = V(0) e C = I(0), valores na origem
da linha, o sistema transforma‐se em:
( ) (0)cosh (0)sinhwV x V x Z I xγ γ= −⎧⎪
( ) ( ) ( )(0)( ) (0)cosh sinh
w
VI x I x x
γ γ
γ γ
⎧⎪⎨ = −⎪ ( ) (0)cosh sinh
w
I x I x xZ
γ γ⎪⎩
SISTE HJJRS RMS 35
Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte
( )( )R j L G j Cγ ω ω= + + ‐ Constante de propagação ( )( )R j L G j Cγ ω ω+ + p p g ç(m‐1 ou km‐1)
WR j LZG j C
ωω
+=
+G j Cω+
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
0 eG 0SR Ω
L x C xsen 2L xZ j
Cπ
λ= 1 2 tanC xY Y j
Lπ
λ= =
SISTE HJJRS RMS 37
Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte
jγ α β= + Constante de propagação (m‐1)jγ α β+ Constante de propagação (m )
2πλβ
= Comprimento de onda (m)β
Para linhas de comprimento inferior a 150 km, pode‐se desprezar o efeito da distribuição dos parâmetros.da distribuição dos parâmetros.
SISTE HJJRS RMS 38
Equações de TransmissãoEsquema em Π
TENSÕES E CORRENTES
0U ‐ Tensão na origem
U ‐ Tensão na recepção (extremidade)
I Corrente fornecida na origem0I ‐ Corrente fornecida na origem
I ‐ Corrente na recepção
21 IeI ‐ Correntes de fugas nas admitâncias Y1 e Y221 1 2
( )2L0 IIZUU ++=
210 IIII ++=
XjRZ LLL XjRZ += ‐ Impedância da linha ou longitudinal
LLsh BjGY += ‐ Admitância de fugas ou transversal
SISTE HJJRS RMS 39
Equações de TransmissãoEsquema em Π e G =0
Equações simplificadas para as tensões e correntes nas extremidades de uma linha
2BjYY L
21 == 0L
1 U2
BjI = ‐ corrente de fugas na origem
U2
BjI L
2 = ‐ corrente de fugas na recepção
IZU2
BjRU2
BXUU LL
LL
L0 ++−=22
U2
BjU
2B
jII L0
L0 ++=
22
SISTE HJJRS RMS 40
Isoladores
Função?
E it d t d d t i tEvitar a passagem de corrente do condutor ao apoio ou suporte esustentar mecanicamente os cabos, barramentos, ...
Será que o isolador cumpre sempre a função para que foi criado?
SISTE HJJRS RMS 41
Fenómenos de Condutividade
C d ti id d dCondutividade da massa do isolador
Condutividade superficialp
Perfuração da massa do isolador
Linha de arcoDescarga 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 fuga alongada de 2,6 cm/kV/ g g , /
SISTE HJJRS RMS 43
Fenómenos de Condução
D di i• Descarga disruptiva 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 I l dIsoladores
• Elevada resistividade
• Rigidez dieléctrica suficiente para que a sua tensão de perfuração sejamuito superior à tensão de serviço, permitindo‐lhes suportarsobretensões que possam aparecer na linha sem rico de perfuraçãosobretensões que possam aparecer na linha sem rico de perfuração.
• Caso se verifique a perfuração, a característica isolante do dispositivo ficacomprometida e a energia que se desenvolve no seu interior, devido aoarco resultante, poderá levar à explosão do isolador e à consequentequeda do condutorq
SISTE HJJRS RMS 45
Características Desejáveis dos IsoladoresIsoladores
• Forma adequada para que sejam elevadas quer a linha de fuga, correntesde superfície, quer a linha de arco, contornamento
• Resistência mecânica suficiente para suportar os esforços exercidos peloscondutorescondutores
• Resistência às variações de temperatura
• Baixo custo
SISTE HJJRS RMS 46
Tipos de Isoladores
• Os isoladores para AT dividem‐se em dois grupos:• Os isoladores para AT dividem‐se em dois grupos:
‐ rígidos e de cadeia ou suspensão
• Os de tipo rígido são constituídos por um único bloco ou por várias partessobrepostas e ligadas por um cimento especial
• Por dificuldade de fabricação e montagem estes isoladores sãol f b d õ é kgeralmente fabricados para tensões até 30 kV
SISTE HJJRS RMS 47
Tipos de Isoladores
• Os isoladores suspensos são compostos de vários elementos reunidos emforma de cadeia. Estes podem ser de porcelana ou vidro
• Basicamente existem 3 tipos de elementos que formam as cadeias de• Basicamente existem 3 tipos de elementos que formam as cadeias deisoladores
‐ isoladores de campânula simples
‐ isoladores de campânula dupla
‐ isoladores de tronco alongado
• Uma cadeia de isoladores é formada por uma série de isoladores decampânula (cerâmica ou vidro)p ( )
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 26 a 36 elementosusa se 6 a 36 e e e tos
• A tensão média por isolador é de 10 kV
• Cadeias de suspensão: cadeias verticais ou em V usadas em postes ondehá apenas suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou que fazem umhá apenas suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou que fazem umpequeno ângulo
• Cadeias de amarração: cadeias horizontais usadas em postes deamarração, ângulo ou fim de linha
• As cadeias podem ser simples ou duplas
SISTE HJJRS RMS 49
Tipos de IsoladoresTipos 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
I l d dIsoladores de campânula e espigão antipoluição
10 kV por elemento da cadeia Cadeia de isoladores
SISTE HJJRS RMS 52
0 po e e e to da cade a
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
C d i dCadeia deisoladores em V
SISTE HJJRS RMS 57
Protecção dos Isoladores
Haste dedescargadescarga
Anel dedescargag
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 anéisd d t i f lé t i dde descarga entre os quais se forma o arco eléctrico em caso decontornamento 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 diurnaSinalização diurna
Lâmpada de descarga de um sinalizador nocturnop g
SISTE HJJRS RMS 63
Manutenção das Linhas
Trabalhosemtensão
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
Apoiosp
Um apoio para linha aérea é constituído pelo poste e respectiva fundação e ainda pelos elementos que suportam os condutores (armações)
MaterialMadeiraMadeiraMetálicosBetão armado
FundaçõesSoloB (b tã f )Bases (betão, ferro,...)Maciços
SISTE HJJRS RMS 67
Esforços sobre os Apoios
• Esforços verticais: devido ao peso do condutor e a possíveis depósitos degelo ou neve acumulados sobre eles
• Esforços transversais: resultam quer da acção do vento sobre os apoios• 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 apoiopelos condutores dos vãos adjacentes são diferentes ou quando o apoiopelos condutores dos vãos adjacentes são diferentes ou quando o apoiosó suporta condutores de um dos lados (fim de linha)
SISTE HJJRS RMS 68
A i d Apoios de aço
Separador de feixe
SISTE HJJRS RMS 69
Classificação dos Apoios
• Apoios de alinhamento: suportam unicamente os condutores e cabos deguarda, quando os vãos adjacentes estão no prolongamento um do outro.Esforços verticais e transversais.
• Apoios de ângulo: utilizados para suportar os condutores e cabos deguarda nos vértices dos ângulos formados por dois alinhamentosd f fdiferentes. Esforços verticais e transversais.
SISTE HJJRS RMS 70
Classificação dos Apoios
• Apoios de reforço: servem para proporcionar pontos firmes na linhalimitando a propagação de esforços longitudinais de carácter excepcional,por exemplo, aquando da ruptura de um condutor. Normalmentecolocados a cada 2 ou 3 km.
• Apoios fim de linha: montados no extremo da linha aérea devendo porf l d d d d b disso resistir a esforços longitudinais de todos os condutores e cabos de
guarda.
SISTE HJJRS RMS 71