alternativas não convencionais para transmissão de energia elétrica

7/26/2019 Alternativas No convencionais para Transmisso de energia eltrica

1/371

EconmicosEstudos Tcnicose

Fabiana A. de T. SilvaGerhard Ett

Gerson Y. SaikiJos A. Jardini

Jos G. TannuriMarcos T. Bassini

Mario MasudaMilana L. Santos

Patricia O. SilveiraRicardo L. Vasquez-Arnez

Ronaldo P. CasolariSergio O. Frontin

Takuo NakaiThales SousaVolkmar Ett

de

Alternativas

Energia Eltrica

ConvencionaisTransmissopara

No


2/371

Geraldo Luiz Costa NicolaG P E E

Engenheiro eletricista pela Universidade de Braslia, atua na Eletrobras Eletronortedesde 1977 na rea de engenharia da transmisso, subestaes. Participou do projetoe implantao de vrios empreendimentos em corrente alternada entre 69 e 500 kV,corrente contnua 600 kV e de compensao de reativos da transmisso.

Jos Antonio JardiniC P FDE

Engenheiro eletricista (1963), mestre (1969) e doutor (1973) pela Escola Politcnicada USP. rabalhou na Temag no cargo de superintendente e como professor/pes-quisador na Escola Politcnica da USP (Professor itular). Atuou nos projetos deItaipu, Cesp, Chesf, Eletronorte, Furnas, Eletrosul. atuante no CIGR, grupo B2Linhas e B4 Corrente Contnua (onde liderou vrios grupos de trabalhos), e no IEEEonde participou da organizao de vrios congressos. Fellow Memberdo IEEE eatuou como Distinguished Lecturernas Sociedades de Potncia (PES) e Industrial(IAS). Coordenou inmeros projetos de P&D no mbito do programa da Aneel.

Sergio de Oliveira FrontinC FDE

Engenheiro eletricista pela Escola Nacional de Engenharia da UFRJ (1969). Mestre

em Power Systemspelo Rensselaer Polytechnic Institute(RPI), roy Estados Uni-dos (1971). rabalhou na Aneel, Furnas Centrais Eltricas S.A., Itaipu Binacionale Centro de Pesquisas de Energia Eltrica (CEPEL). Ex-professor da PUC-RJ e doInstituto Militar de Engenharia.

Fabiana Aparecida de oledo SilvaP FDE

Engenheira eletricista pela Universidade Federal de Uberlndia (UFU), mestre emEngenharia Eltrica pela mesma instituio e doutora em Engenharia Eltrica pelaEscola Politcnica de So Paulo (EPUSP). Desde 1999 vem trabalhando como pro-fessora universitria e pesquisadora em projetos de pesquisa e desenvolvimento.Atualmente trabalha como pesquisadora ligada Fundao para o Desenvolvimen-to ecnolgico da Engenharia (FDE).Gerhard EttPesquisador FDE

Engenheiro qumico (1991), qumico (1992) e mecnico de aeronaves (1989).Doutor em Materiais pela USP/IPEN (1998). Co-fundador da Electrocell, empresade energias renovveis, clula a combustvel e baterias especiais para sistemas foto-

voltaicos e veculos eltricos. Coordenador da Comisso de Hidrognio na ABN.Professor de Engenharia do Hidrognio na FAAP. Vice-presidente da VDI e diretorda ABS. Gerente de projeto do IP: Gaseificao de Biomassa. Publicou 5 captulosde livros, 12 pedidos de patente. Coautor dos projetos premiados: SAE (2000), CNI(2004), FIESP (2004), WWR/ FGV(2006), ANPEI (2007) e FINEP(2009).

Gerson Yukio SaikiP FDEEngenheiro eletricista pela Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Mes-tre em Engenharia de Eletricidade pela mesma instituio. Atualmente trabalhacomo pesquisador ligado Fundao para o Desenvolvimento ecnolgico daEngenharia (FDE).Jos Galib annuriP FDE

Engenheiro eletricista pela Escola Nacional de Engenharia da UFRJ (1962). Psgraduado em Power System Engineering(1967) pela General Electric Schenectady,NY, EUA. rabalhou em Furnas Centrais Eltricas S.A. e Temag Engenharia Ltda.

Ex-professor da PUC-RJ, Instituto Militar de Engenharia e Universidade de Braslia.Marcos iago BassiniP FDE

Engenheiro eletricista pela Escola Politcnica da Universidade de So Paulo (2011).Iniciou o programa de mestrado na mesma instituio em 2012. Atualmente tra-balha como pesquisador ligado Fundao para o Desenvolvimento ecnolgicoda Engenharia (FDE).


3/371

de

Alternativas

Energia Eltrica


No



4/371


5/371

1 Edio

Braslia2012

iragem: 3.000 livros

Fabiana A. de T. SilvaGerhard Ett

Gerson Y. SaikiJos A. Jardini

Jos G. TannuriMarcos T. Bassini

Mario MasudaMilana L. SantosPatricia O. Silveira

Ricardo L. Vasquez-ArnezRonaldo P. Casolari

Sergio O. FrontinTakuo NakaiThales SousaVolkmar Ett

EX ECUTOR A PROPONENTES


de

Alternativas

Energia Eltrica


No


6/371

AGNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELRICA AneelSGAN Quadra 603, Mdulos I e J, Asa Norte. CEP: 70830-030. Braslia DF

Nelson Jos Hubner MoreiraDiretor Geral

CENRAIS ELRICAS DO NORE DO BRASIL S.A. EletronorteSCN Quadra 06, Conjunto A, Blocos B e C, Entrada Norte 2, Asa Norte. CEP: 70716-901. Braslia DF

Josias Matos de AraujoDiretor Presidente

FURNAS CENRAIS ELRICAS S.A. FurnasRua Real Grandeza 219, Botafogo. CEP: 22281-900. Rio de Janeiro RJ

Flvio Decat de MouraDiretor Presidente

CEMIG GERAO E RANSMISSO S.A. Cemig GAvenida Barbacena, 1200, Santo Agostinho. CEP: 30190-131. Belo Horizonte MG

Djalma Bastos de MoraesPresidente

COMPANHIA DE RANSMISSO DE ENERGIA ELRICA PAULISA CEEPRua Casa do Ator, 1.155, Vila Olmpia. CEP: 04546-004. So Paulo SP

Cesar Augusto Ramirez RojasPresidente

EMPRESA AMAZONENSE DE RANSMISSO DE ENERGIA S.A. EAERua enente Negro, 166, Itaim-Bibi. CEP: 04530-030. So Paulo SP

Elmar de Oliveira SantanaDiretor cnico

FUNDAO PARA O DESENVOLVIMENO ECNOLGICO DA ENGENHARIA FDERua Padre Eugnio Lopes 361, Morumbi. CEP: 05615-010. So Paulo SP

Andr Steagall GertsenchteinDiretor Superintendente

Capa, projeto grfico e diagramao:

Goya Editora LTDA.Reviso:

Ricardo Dayan

Catalogao na fonteCentro de Documentao CEDOC / ANEEL

Alternativas no convencionais para a transmisso de energia eltrica estudos tcnicos e econmicos / Jos Antonio Jardini(coordenador). --- Braslia : eixeira, 2012.

368 p. : il.

ISBN: 978-85-88041-04-2

1. Energia eltrica, transmisso. 2. Linha de ransmisso.I. tulo.

CDU: 621.3:62(81)

Esta publicao parte integrante das atividades desenvolvidas no mbito do Programa de P&D da Aneel.Chamada 005/2008 publicada em setembro de 2008, relacionada ao Projeto Estratgico

Alternativas no Convencionais para a ransmisso de Energia Eltrica em Longas Distncias.

odos os direitos esto reservados pelas empresas indicadas acima.

Os textos contidos nesta publicao podem ser reproduzidos,armazenados ou transmitidos, desde que citada a fonte.

Fotos de abertura de captulos: www.sxc.hu


7/371

Alternativas No Convencionais para a Transmisso deEnergia Eltrica Estudos Tcnicos e Econmicos

5SUMRIO

SUMRIO

As contribuies do Projeto Transmitir

RESUMO EXECUTIVO

CAPTULO 1

Alternativas para Transmisso de Grandes Blocosde Energia Eltrica a Longas Distncias

Prembulo ..........................................................................................................................32Escopo ................................................................................................................................32Definio das Alternativas de ransmisso para Anlise ...........................................33

Potncia transmitida de 6.000 MW, com dois circuitos .......................................33Potncia transmitida de 6.000 MW, com um circuito ..........................................34Potncia transmitida de 9.000 MW .........................................................................34ransies de tenso para transmisso CA e CC ..................................................34Sistema hexafsico e circuito duplo trifsico .........................................................34Uso da tecnologia de hidrognio .............................................................................34


8/371

Programa de Pesquisa e Desenvolvimento da Aneel.EXECUTORA: FDTE. PROPONENTES: Eletrobras Eletronorte, Eletrobras Furnas, Cemig GT, CTEEP e EATE.

6 SUMRIO

CAPTULO 2

Projeto de Linhas de Transmisso CA CC

Objetivo ..............................................................................................................................36Princpios bsicos de projeto...........................................................................................37Estudos para definio das geometrias de cabeas de torres .....................................37

Dados climatolgicos .................................................................................................37Velocidade de vento ...................................................................................................37Condutor e cabo para-raios ......................................................................................38

Condutor ...............................................................................................................38

Cabo para-raios ...................................................................................................38Condies de vento estudadas para a linha ............................................................38Vento de alta intensidade ..........................................................................................38Combinaes de presses de vento e temperaturapara clculo de traes e flechas ..............................................................................38Dados e critrios para clculo de traes e flechas ...............................................39Cargas mecnicas sobre os cabos ............................................................................39

Estado bsico ........................................................................................................39Estado de trao normal (EDS everyday stress) ..............................................39Estado de referncia.............................................................................................40

Distncia de segurana .............................................................................................40Requisitos de normas ..........................................................................................40Requisitos dos estudos eltricos ........................................................................40

Largura da faixa .........................................................................................................40Estudos de gradientes e efeito corona .....................................................................40

Corona visual ........................................................................................................40Rdio interferncia ..............................................................................................41

Rudo audvel ........................................................................................................41Campo eltrico .....................................................................................................41Campo magntico................................................................................................42

Coordenao de isolamento .....................................................................................42Distncias para tenso operativa .......................................................................42Nmero de isoladores na cadeia .......................................................................43Distncia para sobretenso de manobra .........................................................43Balano da cadeia ................................................................................................43


9/371


7SUMRIO

Estudos mecnicos............................................................................................................44

Isoladores e ferragens .................................................................................................44Estruturas ....................................................................................................................44Fundaes ...................................................................................................................45

ipos de estruturas consideradas ...................................................................................46Estruturas para linhas CC .........................................................................................46Estruturas para linhas CA .........................................................................................46

Definio de vento e presso ...........................................................................................46Ventos utilizados em projetos existentes ......................................................................46

Presso devido ao vento extremo ...................................................................................47Presso devido ao vento de alta intensidade ................................................................48Presso de vento na estrutura .........................................................................................48

Presso devido ao vento extremo ............................................................................48Presso devido a tormentas eltricas de alta intensidade ....................................49

Estudos para as linhas CC ...............................................................................................49Hipteses de carregamento para dimensionamento da L CC ..........................50Clculo da torre bsica CC .......................................................................................50Estimativa de pesos para as torres CC ....................................................................51

Estudos para as linhas CA ...............................................................................................52Alternativas para torre 1.000 kV .............................................................................52Silhuetas sugeridas ....................................................................................................52

Consideraes sobre as silhuetas ...................................................................................55Consideraes finais ........................................................................................................57Definio das geometrias de torres CA .........................................................................58

orre Cross-rope550 kV ......................................................................................59orre Chainette800 kV .......................................................................................59

orre Chainette1.100 kV ....................................................................................60Hipteses de carregamento para dimensionamento de torres CA ...........................60Clculo das torres para Ls CA .....................................................................................61

Resultados obtidos .....................................................................................................61Equao de regresso do pesos das torres CA .......................................................63

Clculo das fundaes das torres CA ............................................................................64Resultados obtidos .....................................................................................................65

Referncias .........................................................................................................................66


10/371


8 SUMRIO

CAPTULO 3

Aspectos Econmicos

Objetivo ..............................................................................................................................68Premissas e critrios para comparao econmica de alternativas ...........................68Metodologia para escolha do condutor ..................................................................68Critrio para custeamento de linhas de transmisso ............................................69Itens considerados no custeamento de linha .........................................................69Custo de linha .............................................................................................................70Custo de perdas ..........................................................................................................71

Perdas Joule ...........................................................................................................71Perdas corona .......................................................................................................72

Custos de operao e manuteno ..........................................................................73Juros durante a construo .......................................................................................74Fator de Recuperao de Capital FRC .................................................................74Definio do condutor econmico ..........................................................................74

Definio da funo de custo para linha CC e CA ......................................................75Funo custo para linha de transmisso CC ..........................................................75Funo custo para linha de transmisso CAcom torre ChainetteY para 800 kV e 1.100 kV .....................................................77

Funo custo para linha de transmisso CAcom torre Cross-ropepara 800 kV e 1.100 kV .......................................................78

Penalizao por sobretenso sustentada .......................................................................79Custos de equipamentos CA ...........................................................................................80

Capacitores srie .........................................................................................................81Reator paralelo (shunt) ..............................................................................................83ransformador ............................................................................................................84Autotransformador ....................................................................................................85

Sem comutador de taps .......................................................................................85Com comutador de taps ......................................................................................86Autotransformadores especiais..........................................................................87

Compensador esttico ...............................................................................................88Custos de conversoras ......................................................................................................88Custos de mdulos de manobra .....................................................................................89

Conexo de transformador .......................................................................................89Conexo de linha ........................................................................................................89Interligao de barras.................................................................................................90

Conexo de compensador.........................................................................................90Custo do mdulo geral (ou mdulo de infraestrutura) de subestao ....................90Referncias .........................................................................................................................92


11/371


9SUMRIO

CAPTULO 4

Comparao entre Sistemas deTransmisso CC e Meia-onda

Objetivo ..............................................................................................................................96Linhas de meia-onda ........................................................................................................96Silhueta de torre adotada .................................................................................................96Relaes de tenso e corrente em linhas de meia-onda ..............................................97Relaes de tenso e corrente com fator de potncia no unitrio ...........................99Perdas Joule ......................................................................................................................100

Perdas Joule para configurao 1 ...........................................................................101Perdas Joule para configurao 2 ...........................................................................102

Curtos-circuitos ..............................................................................................................103Curto-circuito no incio da linha ...........................................................................103Sobretenso na linha submetida a curto-circuito ...............................................104

Sobretenso durante curto, configurao 1 ...................................................104Sobretenso durante curto, configurao 2 ...................................................105

Sobretenso na linha paralela linha submetida a curto-circuito ...................106Sobretenso em linha paralela durante curto, configurao 1....................106Sobretenso em linha paralela durante curto, configurao 2....................107

Desligamento de uma das linhas ..................................................................................109Com tenso de 1 pu nos terminais ........................................................................109Com tenso ajustada de acordo com a potncia transmitida ............................110

Sobretenso de manobra por energizao de linhas .................................................111Resumo dos resultados das simulaes .......................................................................112Desempenho eltrico do sistema de transmisso CA em meia-onda ....................113Definies de alternativas CA meia-onda e CC.........................................................119Alternativas CA meia-onda...........................................................................................119

Clculo do condutor econmico ...........................................................................119Silhueta das linhas CA .............................................................................................122Clculo das potncias caractersticas ....................................................................124Gradiente mximo na superfcie dos condutores ...............................................130Valorizao das alternativas ....................................................................................132Custo anual das linhas (incluindo manuteno) .................................................133Custo de perdas Joule...............................................................................................133Custo de perdas corona ...........................................................................................133Subestaes e equipamentos ...................................................................................133Custo total anual das alternativas CA meia-onda ...............................................138

Alternativas CC ...............................................................................................................139Clculo do condutor econmico ...........................................................................139


12/371


10 SUMRIO

Custo da linha por km .............................................................................................139Custo das perdas Joule .............................................................................................139Manuteno ...............................................................................................................140

Custo anual da linha por km ..................................................................................140Perdas corona ............................................................................................................142Custo das conversoras .............................................................................................142Custo de perdas nas conversoras ...........................................................................142Custos das alternativas.............................................................................................143

Comparao entre as alternativas CA meia-onda e CC ...........................................144Referncias .......................................................................................................................146

CAPTULO 5

Anlise de Sensibilidade para Sistemas deTransmisso CC e CA Meia-onda

Objetivo ............................................................................................................................150Casos analisados .............................................................................................................150

Caso 1 Qual deveria ser o custo da conversora, de maneira aimpactar os resultados obtidos para as solues CA meia-onda e CC? ....150

Caso 2 Considerar 15% menor as perdas paraas solues CA meia-onda e CC ......................................................................151Caso 3 Considerar 10% menor os custos da linha CA meia-onda .........152Caso 4 Calcular o custo da soluo CC considerando atransmisso de potncia a partir de uma nica linha de transmisso .......153Caso 5 Calcular o custo da soluo CA, considerandooutra filosofia de operao em relao s perdas Joule ................................153Caso 6 Incluso de configuraes em 765 kV

com maior potncia caracterstica possvel ...................................................154Caso 7 Considerar custo da energia R$ 113/MWh ejuros de 8% ao ano .............................................................................................158Caso 8 Alongamento de uma linha de 2.000 km .......................................158Caso 9 Comparao econmica CC, um bipolo, e CAmeia-onda, um circuito, para transmisso de 6.000 MW ...........................160Caso 10 Comparao econmica entre CC e CA meia-ondapara transmisso de 9.000 MW com dois ou trs circuitos .........................162

Caso 11 Anlise de sensibilidade adicional ................................................163Referncias ......................................................................................................................167


13/371


11SUMRIO

CAPTULO 6

Sistema de Transmisso1.000 kV CA Tradicional 6.000 MW

Objetivo ............................................................................................................................170Casos de fluxos de potncia utilizados nas simulaes ............................................171Metodologia e critrios adotados .................................................................................173Alternativa bsica ............................................................................................................174

Energizao da L ....................................................................................................174Sistema CA com compensao srie na L ..........................................................175

Compensao srie de 65% nas Ls 1.000 kV ..............................................175Compensao srie de 60% nas Ls 1.000 kV ..............................................178

Configurao do sistema de transmisso .............................................................180Custos dos equipamentos da configurao bsica ..............................................183Custo da alternativa bsica .....................................................................................184

Sistema CA com 3, 2 e 1 subestao seccionadora intermediria ...........................185Sistema CA 1.000 kV com torre tipo Cross-rope ........................................................186

Determinao da compensao srie na L ........................................................187Compensao srie de 75% nas Ls 1.000 kV ....................................................189Comparao com a alternativa bsica ...................................................................192

Sistema CA com compensadores sncronos nas subestaes seccionadoras ........193Sistema com quatro SEs seccionadoras intermedirias .....................................194

Comparao de custo entre as alternativas comcompensao srie e com compensadores sncronos ...............................................201Concluses ......................................................................................................................202Referncias .......................................................................................................................202

CAPTULO 7

Avaliao do Limite Econmicoda Transmisso CC e CA

Objetivo ............................................................................................................................204Avaliao econmica Sistema CC .............................................................................204

Clculo econmico ..................................................................................................204Resultados obtidos Sistema CC ..........................................................................205

Avaliao econmica Sistema CA .............................................................................208Clculo econmico ..................................................................................................209


14/371


12 SUMRIO

Custo da linha por km.......................................................................................210Custo das perdas Joule ......................................................................................210Custo das subestaes (terminais e intermedirias) ....................................210

Custo das transformaes.................................................................................212Custo das compensaes shunt, srie e carga ................................................213Resultados obtidos Sistema CA ..........................................................................215

Ponto de interseo obtido para os sistemas CC e CA .............................................218Referncias .......................................................................................................................219

CAPTULO 8

Sistemas Multiterminais CCObjetivo ............................................................................................................................222Consideraes iniciais ....................................................................................................222Simulao com programa do tipo ransitriosEletromagnticos (Primeira etapa) ..............................................................................223Principais componentes do sistema de controle do sistema multiterminal CC ...226Desempenho do sistema multiterminal em regime permanente............................229Aplicao de faltas no sistema.......................................................................................232

Falta monofsica (Fase A) no lado CA do retificador.........................................232Falta monofsica (Fase A) no lado CA do inversor 3 .........................................234

Bloqueio dos inversores .................................................................................................237Falta na linha CC ............................................................................................................240Desempenho do sistema considerando a modelagem dasfontes CA com suas caractersticas dinmicas (Segunda etapa) .............................241Desempenho dinmico do sistema diante de faltas ..................................................245

Falta monofsica (Fase A) no lado CA do retificador ........................................246

Falta monofsica (Fase A) no lado CA do inversor 3 .........................................248Avaliao econmica do sistema multiterminal CC .................................................251Concluses .......................................................................................................................255Referncias .......................................................................................................................255


15/371


13SUMRIO

CAPTULO 9

Comparao entre Linha Hexafsica eTrifsica em Circuito Duplo

Objetivo ............................................................................................................................258Estudo de sobretenso na linha hexafsica/trifsica ................................................258

Escolha preliminar do condutor econmico........................................................258Definio preliminar da configurao hexafsica ...............................................259Definio da configurao de transformadores .................................................260Energizao da linha hexafsica ............................................................................261

Sobretenses fase-terra .....................................................................................262Sobretenses fase-fase .......................................................................................264

Energizao da linha trifsica .................................................................................264Sobretenses fase-terra .....................................................................................266Sobretenses fase-fase .......................................................................................266

Definio da geometria da torre 289 kV hexafsica e 500 kV trifsica ..................267Coordenao de isolamento ...................................................................................268

Estudo da tenso operativa ...............................................................................268Isolamento para sobretenso de manobra .....................................................269

Capacidade de corrente do condutor e flechas ....................................................270

Capacidade de corrente ....................................................................................270Flecha para a temperatura mxima no condutor ..........................................271

Altura da torre ..........................................................................................................272Faixa de passagem ....................................................................................................273Isolamento para manuteno em linha viva ........................................................274Resultados finais .......................................................................................................275Configuraes tpicas de torres ..............................................................................276

orre hexafsica 500 kV Configurao circular ........................................276

orre trifsica 500 kV CD Configurao circular .....................................277orre trifsica 500 kV CD ronco-piramidal [3] ......................................278Comparao econmica da L 289 kV hexafsica comL 500 kV circuito duplo trifsica ................................................................................279

Definio da faixa de passagem .............................................................................279Pesos das estruturas .................................................................................................279Resultados econmicos obtidos da comparao das linhas ..............................280Custo dos transformadores e mdulos associados .............................................280Resultados e concluses ..........................................................................................281

Referncias .......................................................................................................................282


16/371


14 SUMRIO

CAPTULO 10

Uso do Hidrognio para Transporte de EnergiaGerada a partir de Usinas Hidroeltricas

Objetivo ............................................................................................................................284Introduo ........................................................................................................................284Caso estudado e resultados ...........................................................................................284Discusso..........................................................................................................................286

APNDICE A

Definio da Geometria da Torre CACoordenao de isolamento ..........................................................................................288

Isolamento para tenso operativa ..........................................................................288Distncia em ar ...................................................................................................288Nmero de isoladores .......................................................................................289Caracterstica suspenso normal .....................................................................290ngulo de balano da cadeia ...........................................................................291

Isolamento para sobretenso de manobra ............................................................292

Metodologia ........................................................................................................292Distncias mnimas para o risco de critrio ..................................................293ngulo de balano de cadeia para sobretenso de manobra ......................294

Capacidade de corrente do condutor e flechas ..........................................................295Capacidade de corrente ..........................................................................................295Flecha para a temperatura mxima no condutor ................................................296

Altura da torre (altura do condutor inferior ao solo) ................................................297Faixa de passagem ...........................................................................................................299

Isolamento para manuteno em linha viva ...............................................................301Referncias .......................................................................................................................303


17/371


15SUMRIO

APNDICE B

Hipteses de Carregamento paraDimensionamento de Torres CC e CA

B.1. Hipteses de carregamento para dimensionamento de torres CC ................306Dados gerais ..............................................................................................................306

Cabos ...................................................................................................................306orre .....................................................................................................................307raes nos cabos ..............................................................................................307Presso de vento ................................................................................................308

Clculo dos esforos.................................................................................................308Cargas verticais...................................................................................................308Cargas transversais ............................................................................................309Cargas longitudinais ..........................................................................................309

rvores de carregamento ........................................................................................310B.2. Hipteses de carregamento para dimensionamento de torres CA .............. 312

Introduo .................................................................................................................312Dados gerais ..............................................................................................................312

Cabos ...................................................................................................................312orre .....................................................................................................................313

Presso de vento extremo .................................................................................313Presso de vento alta intensidade ....................................................................314rao nos cabos ................................................................................................314enso 550 kV 4 x 954 Rail ...........................................................................314enso 800 kV 4 x 1.113 Bluejay ..................................................................314enso 1.100 kV 8 x 954 Rail ........................................................................315enso 800 kV Cabo 3/8 EHS .....................................................................315Presso de vento na estrutura .........................................................................315

Clculo dos esforos.................................................................................................315rvores de carregamento ........................................................................................315Exemplo de rvores de carregamento ..................................................................316

Referncias .......................................................................................................................319


18/371


16 SUMRIO

APNDICE C

Mmrias de Clculos deTorres CA e CC e de Fundaes

Clculo da torre bsica CC ............................................................................................322Introduo .................................................................................................................322

Caracterstica da linha.......................................................................................322Caracterstica da torre .......................................................................................322Materiais ..............................................................................................................322Metodologia de clculo .....................................................................................323Critrio de dimensionamento ..........................................................................323abela de dimensionamento ............................................................................323Estais de cordoalha de ao galvanizado ..........................................................324Pesos da estrutura ..............................................................................................324abela de dimensionamento (continuao) ...........................................................324Silhueta da torre .................................................................................................325

Exemplo de clculos de torres CA ...............................................................................326Memria de clculo para estrutura 550 kV CA 6 x Bittern...............................326

Introduo ...........................................................................................................326Caracterstica da linha.......................................................................................326

Caracterstica da torre .......................................................................................326Materiais ..............................................................................................................326Metodologia de clculo .....................................................................................327Critrio de dimensionamento ..........................................................................327Estais de cordoalha de ao galvanizado ..........................................................328Cargas nas fundaes ........................................................................................328abela de dimensionamento ............................................................................328Peso da estrutura e acessrios ..........................................................................329

Deslocamento na condio EDS .....................................................................329Silhueta da torre 550 kV CA 6 x Bittern .........................................................330Memria de clculo para estrutura 800 kV CA 6 x Bittern...............................331

Introduo ...........................................................................................................331Caracterstica da linha.......................................................................................331Caracterstica da torre .......................................................................................331Materiais, metodologia de clculo e critrio de dimensionamento ...........331abela de dimensionamento ............................................................................332Estais de cordoalha de ao galvanizado ..........................................................332Cargas nas fundaes ........................................................................................332Peso da estrutura e acessrios ..........................................................................333


19/371


17SUMRIO

Deslocamento na condio EDS .....................................................................333Silhueta da torre 800 kV CA 6 x Bittern .........................................................334

Memria de clculo para estrutura 1.100 kV CA 8 x Lapwing.........................335Introduo ...........................................................................................................335Caracterstica da linha.......................................................................................335Caracterstica da torre .......................................................................................335Materiais, metodologia de clculo e critrio de dimensionamento ...........335Estais de cordoalha de ao galvanizado ..........................................................336Carga nas fundaes ..........................................................................................336abela de dimensionamento ............................................................................336Peso da estrutura e acessrios .........................................................................337Silhueta da torre 1.100 kV CA 8 x Lapwing ...................................................338

Exemplo de clculo de fundaes ................................................................................339Fundao dos mastros Sapata com fuste vertical orre 1.100 kV 8 x 1.590 Lapwing memria de clculo ..................................339

Caractersticas dos materiais ............................................................................339

Cargas mximas no topo da fundao ..........................................................340Verificao ao tombamento e clculo das tenses de base ..........................340Verificao da estabilidade ao arranque .........................................................342Dimensionamento estrutural do fuste ............................................................342Dimensionamento estrutural da sapata .........................................................344Forma e armadura .............................................................................................346

Fundao dos estais orre 1.100 kV 8 x 1.590 Lapwingmemria de clculo ..................................................................................................347

Qualidade dos materiais ...................................................................................347Coeficientes de segurana e de reduo .........................................................347Solicitaes na fundao ...................................................................................347Esquema ..............................................................................................................348Verificao do arrancamento ...........................................................................348Dimensionamento estrutural ...........................................................................349Quantidade de materiais e servios para uma fundao .............................349Figuras .................................................................................................................350

Referncias .......................................................................................................................350


20/371


18 SUMRIO

APNDICE D

Alongamento de LT UtilizandoReatores Srie e Capacitores em Derivao

Objetivo ............................................................................................................................352Conjuntos de simulaes ...............................................................................................353

Comparao entre os sistemas simulados X meia-onda ....................................354Determinao das potncias dos reatores e capacitores ...........................................355

Modelo PI ..................................................................................................................355Capacitor .............................................................................................................355Reator ...................................................................................................................356

Modelo ...................................................................................................................356Capacitor .............................................................................................................356Reator ...................................................................................................................356

Comparao de custos ...................................................................................................356Custo do circuito PI .................................................................................................357Custo de 250 km de linha de transmisso em meia-onda .................................358

Desempenho dos sistemas com circuitos PI e ........................................................359Estudos de fluxo de potncia ..................................................................................359Perdas no reator e capacitor ....................................................................................360

Estudo de estabilidade do sistema .........................................................................360


21/371


19PREFCIO

As contribuies do Projeto Transmitir

Eden Luiz Carvalho Junior (EATE)Geraldo Nicola (ELETROBRASELETRONORTE)Joo Cesar Bianchi de Melo (EATE)

Luiza Maria de Souza Carij (ELETROBRASFURNAS)Marcelo Torres de Souza (CTEEP)

Maureen Fitzgibbon Pereira (CTEEP)Sebastio Vidigal Fernandes Jnior (CEMIGGT)

Em um pas de dimenses continentais, em que os grandes novosaproveitamentos hidreltricos encontram-se distantes dos princi-pais centros de consumo e sujeitos a cada vez mais a maiores restri-es ambientais, o estudo e o desenvolvimento de novas tecnologias

de transmisso de energia eltrica a longas distncias assumem um papel pri-mordial para o desenvolvimento do pas. Este o contexto em que se inseriue foi proposto o Projeto Estratgico de Pesquisa e Desenvolvimento, P&D,n 005/2008, Alternativas No Convencionais para ransmisso de EnergiaEltrica em Longas Distncias, da Aneel. O objetivo principal deste projetofoi, portanto, pesquisar e apresentar de forma abrangente, detalhada e atua-lizada, todos os aspectos da transmisso de energia ditas no convencionais,ou seja, que ainda no foram implantadas no Brasil.


22/371


20 PREFCIO

Para atingir esse objetivo, buscou-se, em uma primeira etapa, identifi-car, analisar e consolidar as informaes relativas ao estado da arte das al-ternativas de transmisso no convencionais em pesquisa ou existentes em

outros pases. Estas informaes foram apresentadas de forma extremamentecompetente e didtica pelos pesquisadores da Fundao FDE (Universida-de de So Paulo) e publicadas no volume 1, Estado da Arte, deste projeto. Asempresas patrocinadoras do Projeto Eletrobras Eletronorte (coordenadora),Eletrobras Furnas, Cemig G, CEEP e EAE, que acompanharam cuida-dosamente o trabalho realizado, ficaram totalmente satisfeitas com os resul-tados alcanados nesta primeira publicao. Com o livro publicado e distri-budo para os principais tcnicos, centros de pesquisa e entidades de ensino

do pas, acredita-se que o primeiro compromisso foi atingido: prover umafonte de consulta e pesquisa atualizada para os tcnicos e estudantes do setoreltrico nacional, com os aspectos tcnicos e econmicos mais importantessobre as alternativas de transmisso de energia no convencionais para lon-gas distncias existentes no mundo e suas possibilidades de aplicao no pas.

Em uma segunda etapa, outras importantes questes sobre estas apli-caes precisavam ser respondidas e so objetivos integrantes deste projetode pesquisa: quais as alternativas promissoras? Quais os custos comparati-

vos entre estas possveis alternativas? Que outras alternativas podem ser pro-missoras em futuro prximo? Onde e como poderiam ser aplicadas? Comoelas se encaixam dentro do contexto mundial e como so utilizadas em ou-tros pases, com as mesmas condies do Brasil? Respostas objetivas a estasquestes so de interesse no somente das empresas patrocinadoras desteprojeto, mas tambm das universidades, dos rgos de pesquisa, operaoe planejamento, das agncias governamentais e de todos os profissionais etcnicos envolvidos no assunto.

Com a publicao deste volume 2, a partir do trabalho competente daFDE, esperamos estar contribuindo para incentivar a pesquisa, o desen-

volvimento e a aplicao das tecnologias mais adequadas para o sistema detransmisso nacional e, sobretudo, esperamos poder contribuir para o cres-cimento do pas, permitindo o atendimento ao mercado de forma contnua esustentvel, com qualidade, confiabilidade e custos adequados, beneficiandotoda a sociedade brasileira.


23/371


21RESUMOEXECUTIVO

RESUMO EXECUTIVO

Jos A. JardiniGeraldo Nicola

Sergio O. Frontin

Em setembro de 2008, a Agncia Nacional de Energia Eltrica (Ane-el) publicou a Chamada 005/2008 relacionada ao Projeto Estratgi-co Alternativas No Convencionais para a ransmisso de EnergiaEltrica em Longas Distncias.

Com tal iniciativa, a Aneel considerou ser de alta relevncia o estudo denovas alternativas para a transmisso de energia eltrica para longas distn-cias, buscando a obteno de subsdios tecnolgicos aplicveis na otimizaodestas modalidades de transmisso.

Para a realizao desta pesquisa, foram selecionadas as empresas pro-ponentes: Eletrobras Eletronorte (Coordenadora), Eletrobras Furnas, Ce-mig G, CEEP e EAE e, como entidades executoras, as Fundaes: Co-ppetec (Universidade Federal do Rio de Janeiro) e FDE (Universidade deSo Paulo).


24/371


22 RESUMOEXECUTIVO

Este projeto intitulado de ransmitir, iniciado em julho de 2009 e finali-zado em maio de 2012, foi desenvolvido essencialmente em duas etapas. Naprimeira etapa foi realizada pesquisa estabelecendo o estado da arte das alter-

nativas de transmisso, ditas no convencionais no atual cenrio mundialde energia eltrica. Na segunda etapa do projeto, foram realizados estudos eanlises tcnicas e econmicas comparando as alternativas no convencio-nais mais promissoras entre si e com as alternativas convencionais para atransmisso de energia eltrica a longa distncia.

As alternativas denominadas no convencionais escolhidas foram aque-las que ainda no foram implantadas no Brasil, mas, em alguns casos, j soaplicadas em mbito mundial, embora ainda necessitem de estudos e pesqui-

sas complementares para o seu aprimoramento, otimizao tcnica e econ-mica. Neste sentido, foram escolhidas as seguintes alternativas:

ransmisso de corrente alternada acima de 800 kV UACA; Sistemas flexveis de transmisso em corrente alternada (FACS); Conversores CA/CC. Fonte de corrente e fonte de tenso; ransmisso em corrente contnua acima de 600 kV; Sistemas de corrente contnua em multiterminais;

ransmisso de energia eltrica em meia-onda; Sistemas de transmisso multifsicos; Supercondutores de alta temperatura; Linhas de transmisso isoladas a gs; Clulas a combustvel hidrognio.

Para fins de comparao, foram escolhidas as alternativas convencio-nais: a transmisso em corrente alternada em 750 kV e a transmisso emcorrente contnua em 600 kV, as quais j so largamente empregadas noBrasil e no mundo e apresentam elevado grau de maturidade e desempenho.

Os resultados preliminares do estado da arte foram apresentados pa-ra a comunidade tcnico-cientfica, em seminrio realizado nos dias 9 e10 de fevereiro de 2011 em Braslia. Neste seminrio, alm das apresenta-es relativas s alternativas de transmisso efetuadas pelos pesquisadoresda FDE e Coppetec, foi realizado painel sobre as inovaes tecnolgicasem subestaes, equipamentos e linhas de transmisso, com a participa-o das empresas ABB, Siemens e Alstom, alm de especialistas brasileirosnos assuntos em pauta.

Face similaridade das distncias entre a gerao e centros de consumona China e Brasil, tcnicos da State Grid Corporation of China apresentaram


25/371


23RESUMOEXECUTIVO

neste evento a sua experincia na implantao de sistemas em corrente alter-nada e corrente contnua, abordando os seguinte temas:

Research and Application of 1.000 kV AC Transmission Technology; Practice of UHV and Multiterminal UHVDC in China;

UHV DC System Study and Design; Current HVDC Development Standardization Demand and IEC TC 115;

Study on Steady Characteristic and Transient Stability of UHV Half

wave-length AC Transmission System.

Os subsdios obtidos decorrentes das intervenes dos participantes e

dos palestrantes convidados contriburam, efetivamente, para complemen-tao do estabelecimento do estado da arte relativa primeira fase desteprojeto e foram incorporados no primeiro livro publicado, com lanamentorealizado em outubro de 2011 durante o XXI SNPEE Florianpolis/SC.Neste livro, os seguintes captulos foram elaborados:

Captulo 1 Perspectivas da transmisso de energia eltricaa longa distncia no Brasil;

Captulo 2 Transmisso corrente alternadaacima de 800 kV UATCA; Captulo 3 Sistemas flexveis de transmisso

em corrente alternada (FACTS);

Captulo 4 Conversores CA/CC. Fonte de corrente efonte de tenso;

Captulo 5 Transmisso em corrente contnua acima de 600 kV; Captulo 6 Transmisso de energia eltrica em meia-onda; Captulo 7 Sistemas de transmisso multifsicos; Captulo 8 Supercondutores de alta temperatura; Captulo 9 Linhas de transmisso isoladas a gs; Captulo 10 Viabilidade tcnica e econmica

de clulas a combustvel e hidrognio;

Captulo 11 Maturidade tecnolgica das alternativasno convencionais de transmisso de energia;

Captulo 12 Agenda estratgia de pesquisa e desenvolvimento.

Com o estado da arte consolidado, passou-se para a segunda fase doprojeto, onde foram realizados estudos e anlises tcnicas e econmicas com-parando as alternativas no convencionais.


26/371


24 RESUMOEXECUTIVO

Seguindo o mesmo procedimento, a partir de um estgio avanado dosestudos, estes foram apresentados no segundo seminrio, realizado em Bra-slia nos dias 23 e 24 de novembro de 2011, objetivando receber contribui-

es dos participantes do evento.Nesta oportunidade, alm das apresentaes por parte dos tcnicos dasexecutoras, foram apresentadas outras palestras de interesse ao projeto como:

Estudos tcnicos e econmicos realizados para a transmisso da Usi-na de Belo Monte. (EPE);

Solues inteligentes para a transmisso em longa distncia e acessoa rede de fontes renovveis (Siemens);

CC no convencional. 800 kV Multiterminal. Grids e Breakers.(ABB); Implantao de novas tecnologias no processo de expanso da trans-

misso (Painel Aneel, CEEP, ONS, EPE).

Posteriormente realizao do segundo seminrio, objetivando a ab-soro de conhecimentos complementares, foi formada delegao compostapelos tcnicos das executoras e representantes das empresas, para visitas s

empresas e instalaes na Rssia, China e ndia. Estes pases esto implantan-do sistemas de transmisso em modalidades que dizem respeito diretamentes pesquisas realizadas neste projeto e, ainda mais, nestes pases esto sendodesenvolvidos equipamentos de ponta voltados a diversas tecnologias paratransmisso de grandes blocos de energia em longas distncias.

Neste sentido, foi elaborada agenda tcnica para adquirir conhecimen-tos existentes naqueles pases relativos implantao dos sistemas de trans-misso de 1.000/1.200 kV CA e 800/1.000 kV CC e dos estudos em desenvol-

vimento relacionadas transmisso em meia-onda. Esta agenda contemplouos aspectos de projeto, disponibilidade operacional, aspectos de manutenoe operao, experincia na operao de interligaes de grande potncia epossveis inovaes tecnolgicas que esto sendo visualizadas para aprimo-ramento dos sistemas de transmisso.

A visita ocorreu no perodo de 19 de abril a 05 de maio de 2012 comenorme sucesso, em decorrncia da receptividade das empresas visitadas epermitiu oportuno registro das diferentes realidades e polticas existentes nospases denominados BRICS as quais afetam e influenciam as aplicaes detecnologias de transmisso de energia eltrica. Foram os seguintes os mem-bros do projeto que participaram da delegao:


27/371


25RESUMOEXECUTIVO

Geraldo Luiz Costa Nicola Eletrobras Eletronorte; Vanderlei Guimares de Machado Eletrobras Eletronorte; Luiza Maria de Sousa Carij Eletrobras Furnas;

Sebastio Vidigal Fernandes Junior Cemig G; Marcelo orres de Souza CEEP; Jos Antonio Jardini FDE; Sergio de Oliveira Frontin FDE; Jos Galib annuri FDE; Milana Lima dos Santos FDE; Alquindar de Souza Pedroso Coppetec; Antnio Carlos de Siqueira Lima Coppetec.

Os conhecimentos adquiridos a partir das contribuies oferecidas pe-los participantes do segundo seminrio, e durante as visitas realizadas naRssia, China e ndia, foram analisados e incorporados aos resultados dosestudos tcnicos e econmicos das alternativas no convencionais e apresen-tados neste livro, constitudo de 10 captulos e quatro apndices, conformeindicados a seguir.

CAPULO 1 Alternativas para transmisso de grandes blocosde energia eltrica a longas distncias.

Apresenta as condies de contorno em que sero realizados os estudostcnicos e econmicos

Sobre o aspecto tcnico, so avaliados os resultados de estudo de fluxo decarga, estabilidade transitria e transitrios eletromagnticos. Os dois primei-ros tipos de estudos definem as necessidades e quantidades de equipamentospara o bom desempenho do sistema: compensao reativa srie e paralelo,subestaes intermedirias, capacidade de equipamentos em regime e comsobrecarga etc. O ltimo estudo traz resultados de apoio do projeto das li-nhas de transmisso principalmente no tocante coordenao de isolamento.

Sob o aspecto econmico, so definidos custos de equipamentos, linhas,perdas Joule e perdas corona. A linha o item mais importante da avaliaoeconmica, razo pela qual suas caractersticas de projeto tiveram uma abor-dagem especial, o que tambm reportado neste livro.


28/371


26 RESUMOEXECUTIVO

CAPULO 2 Projeto de linhas de transmisso CA e CC

Este captulo tem por objetivo apresentar os estudos realizados e os re-

sultados obtidos do clculo do dimensionamento das torres a serem utiliza-das para o custeamento das alternativas de linhas no convencionais.

CAPULO 3 Aspectos econmicos

Este captulo apresenta os aspectos econmicos do custeamento das al-ternativas de transmisso para transporte de grandes blocos de energia em

longas distncias. Esto apresentados os critrios e a premissas utilizadaspara o custeamento das alternativas em CA e CC, os custos de linhas e tam-bm custos dos equipamentos utilizados nos custeamentos das alternativaspropostas, com base no banco de custos da Aneel. Alguma variao relati-

va pode ocorrer quando utilizadas cotaes de mercado para os itens maisrelevantes de linhas e equipamentos terminais. Os resultados dos captulossubsequentes devem ser interpretados como tendncia e no foram concebi-dos para subsidiar decises econmicas em projetos em fase de implantao.

CAPULO 4 Comparao entre sistemas de transmisso CC e meia-onda

Os objetivos deste captulo so: verificar, atravs de simulaes, algunsaspectos do funcionamento de linhas de meia-onda; detalhar a definio dealternativas de transmisso CA meia-onda e CC; apresentar e comparar es-timativas de custo para as alternativas de transmisso.

CAPULO 5 Anlise de sensibilidade para sistemasde transmisso CC e CA meia-onda

Este captulo prope a anlise de sensibilidade em relao ao caso dereferncia apresentado no captulo 4. As etapas para as estimativas de custoso semelhantes s apresentadas no captulo 4.


29/371


27RESUMOEXECUTIVO

CAPULO 6 Sistema de transmisso 1.000 kV CA tradicional 6.000 MW

O captulo 6 apresenta o dimensionamento preliminar de um sistema de

transmisso 1.000 kV CA tradicional, de 2.500 km, para uma potncia trans-mitida de 6.000 MW. O termo tradicional refere-se ao tipo de transmisso,ou seja, sistema de transmisso com subestaes seccionadoras. Dessa forma,so definidas, de forma preliminar:

Linha de ransmisso: nmero de circuitos (circuito simples), si-lhueta da torre, cabo condutor (condutor timo) e nmero de sub-condutores por fase;

Compensao derivada nas Ls: instalada nas barras e Ls do siste-ma, necessria para a condio de energizao do sistema de trans-misso e de rejeio de carga no terminal do sistema receptor;

Compensao srie: instalada nas Ls do sistema, necessria para ga-rantir a estabilidade do sistema quando de defeito monofsico segui-do da abertura permanente de um circuito do sistema 1.000 kV CA;

Compensador esttico no terminal receptor: instalado no terminalreceptor para garantir fator de potncia unitrio neste terminal, de

modo que o sistema de transmisso definido fique independente dosistema conectado jusante do terminal receptor; Nmero otimizado de subestaes seccionadoras do sistema de

transmisso. ambm foi analisada uma alternativa composta decompensadores sncronos, alocados nas subestaes seccionadorasdo sistema de transmisso, para garantir a estabilidade do sistemaem substituio compensao srie ao longo dos 2.500 km do sis-tema de transmisso.

CAPULO 7 Avaliao do limite econmico da transmisso CC e CA

Este captulo apresenta a avaliao dos limites econmicos dos sistemasde transmisso CC e CA, quando considerada a variao do nvel de ten-so (kV), a potncia transmitida (MW) e o comprimento de linha (km). Asetapas para avaliao dos limites econmicos propostos so semelhantes sapresentadas no captulo 4 e s restries indicadas no captulo 3.


30/371


28 RESUMOEXECUTIVO

CAPULO 8 Sistemas multiterminais CC

Neste captulo, so apresentados os estudos realizados para verificar a

viabilidade de insero de um sistema CC multiterminal numa rede especfi-ca que, no caso, semelhante rede em 500 kV do Nordeste brasileiro. O es-tudo consistiu na simulao dos seguintes aspectos: desempenho do sistemaCC multiterminal em programa de simulao de transitrios eletromagn-ticos, no caso o PSCAD/EMDC, visando examinar a resposta do sistemaCC durante faltas; estudo de transitrios eletromecnicos para ver o efeitoda falta e ao dos controles, fazendo tambm uso do programa anterior-mente mencionado e clculo econmico visando obter o custo do sistema.

CAPULO 9 Comparao entre linha hexafsicae trifsica em circuito duplo

Este captulo tem por objetivo apresentar os resultados da comparaoeconmica entre uma linha trifsica em circuito duplo de 500 kV e uma li-nha hexafsica equivalente com a mesma tenso fase-terra da linha trifsi-

ca, que igual a 289 kV. Para atingir o objetivo, houve a necessidade prviade realizar estudos de sobretenses nas linhas hexafsica e trifsica e definirgeometria das torres 289 kV hexafsica e 500 kV trifsica.

CAPULO 10 Uso do hidrognio para transporte de energiagerada a partir de usinas hidroeltricas

em como objetivo avaliar o custo de gerao de hidrognio a partir deum valor de referncia para a energia vertida turbinvel, o custo de trans-porte do hidrognio gerado e o custo de gerao de energia eltrica a par-tir de clulas combustveis. Para a anlise proposta, foi adotado o valor de100 MWh/h como referncia.


31/371


29RESUMOEXECUTIVO

APNDICESA Definio da geometria da torre CAB Hipteses de carregamento para dimensionamento de torres CC e CA

C Memrias de clculos de torres CA e CC e de fundaesD Alongamento de LT utilizando reatores srie e capacitores em derivao

Pelas contribuies recebidas ao longo de todo o projeto, inclusive nafase de elaborao deste livro, as entidades executoras e patrocinadoras re-gistram seu agradecimento s empresas e entidades: ABB, Siemens, Alstom,ZR (Zaporozhtransformator Rssia), ECR (Electric Controllable Reac-tors JSC Rssia). State Grid Corporation of China, Power Grid Corpora-

tion of India Limited, Operador Nacional do Sistema, Empresa de PesquisaEnergtica e Agncia Nacional de Energia Eltrica.Finalizando, esperamos que o principal insumo do Projeto ransmitir

seja o de incentivar os especialistas das empresas de energia eltrica, consul-tores, fornecedores, centros de pesquisas e universidades a prosseguirem nosestudos e pesquisas, questionando os resultados e propondo solues diver-sas daquelas cogitadas neste livro, de forma a agregar novas informaes econhecimentos. Essa realimentao de suma importncia para o constante

aprimoramento das tcnicas, metodologias e solues adotadas na expansodo Sistema Eltrico Brasileiro.


32/371


33/371


31

CAPTULO 1

Alternativas para Transmisso de Grandes Blocosde Energia Eltrica a Longas Distncias

Jos A. JardiniSergio O. Frontin


34/371


Alternativas para Transmisso de Grandes Blocos de Energia Eltrica a Longas Distncias32

Prembulo

No livroAlternativas No Convencionais para Transmisso de EnergiaEltrica Estado da Arte, foi registrado o estado da arte das tcnicas utiliza-das para transmisso de energia: Corrente Contnua (CC); Corrente Alter-nada (CA); Meia-onda; Supercondutividade; Linhas Isoladas a Gs; LinhasHexafasicas; e FACS (Flexibile AC Transmission System).

Foi reportada tambm a investigao sobre as necessidades que poderosurgir no Brasil para transmisso de energia gerada na Amaznia, concluin-do com a recomendao de alternativas que deveriam ser comparadas. Alm

de comparar as tecnologias, deveriam ser examinadas as faixas de potncia aserem transmitidas, as distncias e o nmero de circuitos.

Escopo

O escopo deste livro apresentar a comparao entre vrias alternativastecnolgicas para transmisso tanto sobre o aspecto tcnico como econmi-co. Sobre o aspecto tcnico so avaliados os resultados de estudo de fluxo decarga, estabilidade transitriae transitrios eletromagnticos.

Os dois primeiros tipos de estudos definem as necessidades e quanti-dades de equipamentos para o bom desempenho do sistema (compensaoreativa srie e paralelo, subestaes intermedirias, capacidade de equipa-mentos em regime e com sobrecarga etc.). O ltimo estudo traz resultadosde apoio do projeto das linhas de transmisso principalmente no tocante coordenao de isolamento. Sob o aspecto econmico, so definidos custosde equipamentos, das linhas, das perdas Joule, e das perdas corona. A linha o item mais importante nesta avaliao econmica, razo pela qual suascaractersticas de projeto tiveram uma abordagem especial, o que tambm reportado neste documento.


35/371


CAPTULO1 33

Definio das Alternativas de Transmisso para Anlise

Na definio das alternativas para anlise, foram feitas as seguintesconsideraes: Nmero de circuitos, inicialmente partindo com base no critrio (N-1); Para cada alternativa, devero ser calculados os valores timos da

bitola dos condutores e do nmero de subcondutores por fase (CA)ou polo (CC);

Sero verificadas as solues para diferentes tenses; Para as alternativas CA, exceto meia-onda, ser otimizado o nmero

de subestaes seccionadoras intermedirias.Na viabilidade econmica devero ser considerados os seguintes custos: Linhas de transmisso; Subestaes; Equipamentos; Perdas (Joule e corona); Energia No Suprida (ENS), que refletir o ndice de confiabilidade

da alternativa.

Potncia transmitida de 6.000 MW, com dois circuitos

A seguir, apresentada a relao das alternativas de transmisso, comdois circuitos, inicialmente definidas para anlise desses casos.

a1 CA com tecnologia meia-onda, com 2.500 km, e tenses de 800kV e 1.000 kV;

a2 CC com tenses de 600 kV a 800 kV, com 2.500 km;a3 CA, aqui denominado tradicional, com estabilidade dinmica obti-

da pelo uso de compensao srie ou compensao derivada, comtenso de 1.000 kV e 2.500 km.

b1 CA com tecnologia meia-onda alongando a linha com reatoressrie e capacitncia paralelo, com tenso de 1.000 kV, com dois cir-cuitos de 2.000 km de extenso;

b2 CA com tecnologia convencional (encurtada com compensaosrie); com tenso de 1.000 kV e 2.000 km de extenso;

c1 CC com tenses de 600 kV a 800 kV e 2.000 km.


36/371


Alternativas para Transmisso de Grandes Blocos de Energia Eltrica a Longas Distncias34

Potncia transmitida de 6.000 MW, com um circuito

Casos similares aos indicados anteriormente, a1 e a2, para uma distn-cia de 2.500 km.

Potncia transmitida de 9.000 MW

Casos similares aos indicados anteriormente, a1 e a2 para uma distn-cia de 2.500 km.

Transies de tenso para transmisso CA e CC

Anlise das transmisses CC com potncia na faixa 1.000 a 6.000 MW,tenses de 500 kV a 800 kV, e distncia de 500 km a 2.500 km, determi-nando os pontos de inflexo.

Anlise, de forma anloga, da transmisso CA convencional para as mes-

mas faixas de potncias e distncias, com tenses na faixa de 500 kV a 1.000 kV.Comparao da transmisso CC com CA para as potencias e tenseslistadas acima.

Sistema hexafsico e circuito duplo trifsico

Estas tecnologias so comparadas para a transmisso de potncia de2.000 MW, com dois circuitos tradicionais, e tenso de 500 kV, e um circuitohexafsico de mesma potencia e tenso fase-terra.

Uso da tecnologia de hidrognio

Gerao de 100 MWh, eletrlise; transporte de H2; clula de combust-vel. Avaliao econmica desta alternativa.


37/371


35

CAPTULO 2

Projeto de Linhas de Transmisso CA CC

Mario Masuda

Takuo NakaiJos A. Jardini


38/371


Projeto de Linhas de Transmisso CA CC36

ObjetivoEste captulo tem por objetivo apresentar os estudos realizados e os re-

sultados obtidos do clculo do dimensionamento das torres a serem utiliza-das para o custeamento das alternativas de linhas no convencionais.

Para determinao dos pesos das torres,foram necessrios as definiese os estudos relacionados a seguir:

Princpios bsicos para projeto de linha.

Foram definidos os princpios bsicos para que as alternativas de li-nhas de transmisso fossem comparadas em bases iguais. Definio de vento e presso de vento para clculo mecnico. Foram definidos o vento e a respectiva presso a serem utilizados

nos dimensionamentos de todas as alternativas de torres. Hipteses de carregamento para clculo de estruturas CC. Foram determinados os esforos atuantes nas torres obtidos a partir

das definies anteriores.

Memria de clculo para estrutura 500 kV CC 3 x Lapwing. Foi dimensionada a torre bsica das alternativas de configuraesCC para as condies do projeto do estudo.

Alternativas para torres 1.000 kV CA. Foram pesquisados os vrios tipos de estruturas a serem utilizadas

nas comparaes econmicas. Coordenao de isolamento, geometria da torre Ls CA. Foram dimensionadas as geometrias das torres para vrias alterna-

tivas de configuraes de torres CA para os tipos definidos na pes-quisa das alternativas.

Hipteses de carregamento para clculo de estruturas CA. Foram determinados os esforos atuantes nas configuraes das tor-

res definidas na coordenao de isolamento. Clculo dos pesos das torres para CA. Foram dimensionadas trs torres, uma para cada nvel de tenso, das

alternativas de configuraes CA para as condies do projeto. Clculo das fundaes das torres CA. Foram dimensionadas as fundaes dos mastros e dos estais para

uma torre por tipo de tenso. As demais fundaes foram estimadas.


39/371


CAPTULO2 37

Princpios bsicos de projeto

O estudo das alternativas no convencionais para a transmisso deenergia em longas distncias foi efetuado atravs de uma avaliao tcnico--econmica dessas alternativas. Essa avaliao foi realizada com base nospr-projetos dessas linhas.

O objetivo deste item foi apresentar os princpios bsicos e o roteiro aser seguido para o desenvolvimento dos pr-projetos das linhas que seroconsideradas como alternativas desse estudo. Estes princpios servem para

que os projetos de linhas estejam em mesmas bases em funo da necessi-dade da comparao econmica entre estas.Deve-se ressaltar que os princpios bsicos apresentados neste item es-

to baseados nos requisitos dos leiles de linhas de transmisso da Aneel.

Estudos para definio das geometrias de cabeas de torres

Os aspectos considerados para a definio das geometrias das cabeasdas torres encontram-se descritos a seguir.

Dados climatolgicos

Dados climatolgicosforam adotados de acordo com os requisitos dosestudos especficos. Assim, os dados utilizados para estudos mecnicos sodiferentes daqueles utilizados no clculo da capacidade de corrente e,por sua

vez,diferentes tambm dos utilizados em clculos de gradientes. Para cada umdos estudos especficos,foram definidos os dados climatolgicos necessrios.

Velocidade de vento

Foram levantados os valores de velocidades de vento utilizados em pro-jetos de linhas de transmisso existentes ou em construo localizadas entreas regies geradoras (Norte) e consumidoras (Sudeste e Nordeste) e,a partirdestes dados,foi definida a distribuio de vento utilizada no estudo.


40/371


Projeto de Linhas de Transmisso CA CC38

Condutor e cabo para-raios

CondutorForam utilizados os condutores do tipo CAA (ACSR) com bitolas ade-quadas para as potncias a serem transmitidas nas linhas.

Cabo para-raiosForam utilizados em todas as alternativas cabos para-raios do tipo

ao galvanizado com bitola de 3/8". No foram utilizados os cabos do tipoOPGW em funo de suas variaes de acordo com os fabricantes.

Condies de vento estudadas para a linha

Para vento de base de projeto tem-se:

Perodo de retorno do vento igual a 250 anos, que corresponde a umnvel de confiabilidade intermedirio entre os nveis 2 e 3.

Foi utilizada metodologia da norma da IEC-60826 [6], com a fina-lidade de determinar as cargas e presses de vento nos diversos ele-mentos da linha.

Vento de alta intensidade

Foi adotada para o vento de alta intensidade a velocidade igual do ventoextremo de rajada (t = 2 a 3s) para o perodo de retorno do projeto majoradopor um fator de 20% e com uma frente estreita de atuao do vento.

Combinaes de presses de vento e temperaturapara clculo de traes e flechas

As combinaes de velocidades de vento (V) e temperaturas () parafins de determinao das traes e flechas dos condutores encontram-sena tabela 1.


41/371


CAPTULO2 39

Tabela 1: Condies para o clculo das traes

Dados e critrios para clculo de traes e flechas

A flecha de referncia do cabo para-raios na condio de maior du-rao dever ser de aproximadamente 90% da flecha do condutorna mesma condio.

Para outras condies, a flecha do cabo para-raios poder resultarmaior que a correspondente do condutor, desde que a distncia entreambos no seja menor que o comprimento da cadeia de suspenso.

Vo bsico adotado para estudo: 500 m.

Cargas mecnicas sobre os cabos

Os cabos foram dimensionados para suportar trs estados de traciona-mento: bsico, de trao normal e de referncia, definidos a partir

alternativas não convencionais para transmissão de energia elétrica

Documents