desafios para projetos futuros de transmissão a longas...

“ Desafios para projetos futuros de transmissão a longas distâncias”

Nov/2008Nov/2008 1

transmissão a longas distâncias”

Sidnei Ueda – Nexans Brasil SA

• Introdução – Demanda da eletricidade

• Desafios para transmissão a longas distâncias

• Aumento da capacidade das linhas de transmissão

Roteiro apresentaçãoRoteiro apresentação

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• Longas travessias

• Conclusão

5000

6000

7000

8000

Electricity consumption (in TWh)

1990

2005

Consumo mundial de eletricidade

8% 2%7,1% 1,6% 2,2% 1,4% 4,8% 4,3% 4,5% 3,9%

10000

15000

20000

25000

30000

3,5%

Nov/2008Nov/2008 3

0

1000

2000

3000

4000

China

India

USA

OECD

Pac

ific EU

Russ

iaDe

velopp

ing As

iaSo

uth Am

erica

Middle Ea

st

Afric

a

Wor

ld

Electricity consumption (in TWh)

2005

2015

2030

Aumento médio anual 2005-2015Source: World Energy Outlook 2006, IEA

Source: World Energy Outlook 2007, IEA

“Um dos dilemas que tem preocupado os governos e as concessionárias hoje é como suprir grandes quantidades de eletricidade para uma população e demandas crescentes, sendo eficiente e com um mínimo de impacto ambiental. Em alguns países como o Brasil, China e India, o grande desafio

LT longas - Desafios

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Brasil, China e India, o grande desafio é conectar os centros urbanos de consumo com a geração a milhares de quilômetros. A tecnologia ultra-alta tensão é uma das soluções para este desafio”

International Symposium on International Standards for Ultra High Voltage, Beijing, China, 18-27 Julho de 2007

113 GW

43%

26 GW

11%

TOTAL: 260 GW

IN OPERATION: 80 GW (30%)

FATORES CONDICIONANTES

• Transmissão a longas distâncias.

Potencial hidroelétrico - Brasil

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36 GW

14%43 GW

16%

42 GW

16%

distâncias.

• Sistemas de transmissão de alta capacidade. CA e CC.

• Alternativas que reduzam o custo da transmissão deverão ser aplicadas / desenvolvidas.

Estratégias a serem seguidas

• Desenvolver LTs CA com alta capacidade de trasmissão, como linhas compactas e potência natural elevadas;

LT longas – Mais eficientes

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como linhas compactas e potência natural elevadas;

• Utilizar compensadores estáticos e compensadores séries variáveis para permitir uma aplicabilidade e flexibilidade maior na tecnologia CA;

• Avaliar a transmissão em CC – uma opção que pode ser vantajosa para transmissão a longas distâncias.

Tucuruí -Manaus

1,470km 1.900MW (2010-2011)

LT: Projetos futuros (próximos)

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Madeira 2,375km

(2011-2012)

� Comprimento de 1.470km

� LT 500kV, circuito duplo

� 1,900MW de capacidade de transmissão

� Longas travessias, acima de 2.000m

Desafios na LT Tucuruí - Manaus

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� Longas travessias, acima de 2.000m

� Floresta densa

� Solo úmido e não firme para as estruturas

� Logística para implantação da LT

Conceito - LT curtasAmpacidade ou Limite Térmico

Equação de equilíbrio térmico: o cabo ganha calor por corrente (efeito Joule) e por insolação; e libera calor por convecção (vento) e irradiação.

RI + Q = Q + Q2

s c i

LT – Capacidade de transmissão

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Ao se aumentar a corrente o cabo aquece, dilata, aumenta a flecha, e reduz a distância de segurança (d), havendo portanto uma limitação desta corrente máxima: Fator limitante geralmente em linhas curtas.

d

Conceito – LT longas

Potência Natural ou SIL (Surge Impedance Loading) SIL = V2/Z, onde V é a tensão e Z é a impedância: Quanto menor Z, maior o SIL.

C/2 C/2

V VP Z

LT – Capacidade de transmissão

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Quando circula na linha uma potência (P) igual ao seu SIL, existe o equilíbrio entre a energia reativa gerada pela capacitância (C) e a energia consumida pela impedância série (Z), e não há queda de tensão.

Estudos de sistemas exigem instalação de reatores, que reduzem o SIL efetivo, e impõem redução da potência máxima da linha: Fator limitante em linhas de longa distância.

LINHAS COMPACTAS – CONCEITOS BÁSICOS

• Compactação é uma tecnlogia em que altera a geometria das torres para aproximar as fases o máximo possível;

• Compactação aumenta o acoplamento entre as fases e consequentemente a impedância mútua (ZM);

• O aumento da impedância mútua resulta numa redução da impedância de sequência positiva (Z );

LT – Aumentar o SIL = V2/Z

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sequência positiva (Z1);

• A redução da impedância de sequência positiva (Z1) significa um aumento do SIL;

• V2SIL = ____________

Z1 = ZS – ZM

• A compactação das linhas pode aumentar o SIL entre 20% a 25%.

LINHAS COMPACTAS – LPNE – FEIXE EXPANDIDO

Compactação máxima – Fatores limitantes:

• Coordenação de isolação entre fases;


Reduzir a Impedância (Z)

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• Gradiente do campo elétrico na superfície dos sub-condutores aumentando o Corona.

Outras possibilidades:

• Aumentar o número de condutores por fase (feixe);

• Aumentar o raio do feixe;

• Introduzir feixe expandido no vão.

Torres 500 kV


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Torre Compacta Torre Convencional

Obs: Dimensões em (m)

Torre LT Compacta 500kV – Feixe Expandido


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TENSÃO LT 1200 kV 765kV 400kV

Tensão Nominal (kV) 1150 765 400

Tensão Máxima (kV) 1200 800 420

Resistência (pu/km) 4.338 x10-7 1.951x10-6 1.862x10-5


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Resistência (pu/km) 4.338 x10-7 1.951x10-6 1.862x10-5

Reatância (pu/km) 1.772 x10-5 4.475x10-5 2.075x10-4

Susceptância (pu/km) 6.447 x10-2 2.4x10-2 5.55x10-3

SIL - Surge Impedance Loading (MW)

6030 2315 515

Tensão (kV) 800 1100 1200 1500

Número de Circuitos por Linha

× Número de Linhas

2 × 4 2 ×××× 2 2 × 2 1 × 2

Capacidade 9GW


Aumentar a tensão (V)

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Capacidade Transmissão

9GW

(Insuficiente)10GW >10GW >10GW

Viabilidade Técnica Fácil Viável Viável Difícil

Total

Custo Construção1.06 1.00 1.19 1.09

Altura da Torre（m） 91 110 123 125

LT – Histórico

• As primeiras linhas em 500kV surgiram nos anos 60, e em 765kV nos

anos 70, nos USA e na USSR, países de grandes dimensões e com

grandes desafios no setor energético.

• No fim dos anos 70 surgiu na Itália, para estudos e desenvolvimento, o

projeto 1000 kV (CESI).

• A USSR apresentou o projeto 1200kV nos anos 80.

• No BRASIL, as linhas de 500kV surgiram ao fim dos anos 60 e de 765kV

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• No BRASIL, as linhas de 500kV surgiram ao fim dos anos 60 e de 765kV

ao fim dos 70 no projeto de Itaipu.

• Todos os casos citados tinham conceito de feixes convencionais.

• Ao final dos anos 80 os Russos mostraram o conceito de arranjos e

feixes otimizados, com o aumento da Potência Natural (SIL).

• No Brasil, no anos 90, surgiram as linhas Compactas e ao final da

década as linhas de Feixe Expandido, com aumentos de até 25%

no SIL.

• Hoje temos mais de 8000km de LTs operando com esses conceitos.

Linhas de Transmissão - Itaipu

LT – Histórico

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As iniciativas pós ITAIPUJAPÃO

- Linha de transmissão 1100kV, 430km UHV já construído, mas operando em 550kV � 800kV.


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- Todos os equipamentos para SE 1100kV energizados e testados em campo desde 1996.

- Upgrading da LT para 1100kV planejado para meados de 2010.

• LT CA - UHV- Corona é o fator mais sensível para UHV, maior que em EHV e consequentemente a escolha do condutor e o seu feixe, tornam-se preponderantes no projeto da LT.

- Pela análise das LTs existentes entre 500-1150kV, o


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- Pela análise das LTs existentes entre 500-1150kV, o critério final em relação à performance Corona, é determinado conforme abaixo: Nível RIV (Radio Interference Voltage) � 58dB Nível ruído audível � 55dB(A)

- Como resultado, a LT no Japão foi projetado com 8 ACSR 500mm2.

As iniciativas pós ITAIPU

- Altura da torre típica é de 110m

(para LT 1100kV).

110.0m

Ground wires

Conductors

a

b


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(para LT 1100kV).

- O campo eletromagnético é equivalente a de uma LT de 550kV.

39.0m (right of way)

110.0m

c

• Feixe de 8 condutores em teste de Corona (Japão)

– Shiobara, CRIEPI

– Dimensão da gaiola:

8m × 8m × 24m


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8m × 8m × 24m– Máxima tensão:

até 1200kV

LT – CC ±±±± 800kv - China

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±±±± 800kV CC – Laboratório em Pequim

• Tensão

- UHV CA: 1000kV, max. 1100kV

- UHV CC: ±800kV.

• Viabilidade técnica

A implementação de 1000kV CA e ±800kV CC com

LT – Desenvolvimento de UHV

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A implementação de 1000kV CA e ±800kV CC com

capacidade de 6400MW é praticável

• Fabricação de equipamentos UHV

- Experiência em 750kV CA

- Experiência em ±800kV HVDC equipmentos

LT – Histórico

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Definição:Definição:

LT – Longas travessias

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VãoVão:: LL ≥≥ 10001000 mm

AlturaAltura torretorre:: HH ≥≥ 100100 mm

Os maiores vãos no mundo:

PaísNome da Travessia

Tensão (kV)

Tipo Travessia

Altura Torre

Vão (m) Year

Groelândia Ameralik Fjord 132 Fiorde 18 5374 1993

Noruega Sognefjord II 300 Fiorde N.A 4735 1975

NoruegaSognefjord

(Refsdal-Fardal)132 Fiorde 68 4600 1985

Noruega Sognefjord I 300 Fiorde N.A 4552 1967


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Noruega Sognefjord I 300 Fiorde N.A 4552 1967

Noruega Langfjorden 132 Fiorde N.A 3973 1968

Noruega Sunndalsfjorden 132 Fiorde N.A 3800 1971

NoruegaSunndalsfjorden

I300 Fiorde N.A 3785 1972

NoruegaSunndalsfjorden

II300 Fiorde N.A 3785 1972

Noruega Klabu-Viklandet N.A Fiorde N.A 3700 N.A

Itália Messina Strait 220 Mar 224 3646 1955

Vão : 5.374 m

Altura:18 m

Ameralik Fjord - GroelândiaAmeralik Fjord - Groelândia

LT com maior vão

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� Tensão mais alta em CA: 1.150kV, Cazaquistão

� Tensão mais alta em CC: ± 600kV, Itaipu

(± 800kV em construção na China)

LT mundial – dados informativos

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� Torre mais alta: 346m, rio Yang-tze (China)

(travessia - vão de 2.200m)

� Mais longa: 1.700km, Inga-Shaba (Zaire)

� Maior travessia: 5,374m (Groelândia)

No. Projeto País Tensã

o

(kV)

Vão

(m)

No.

Circuit.

Condut.

por fase

Altura

Torre (m)

Ano

1 Jiangyin

Yangtze River

Crossing

China 500 2303 2 4 346.5 2004

2 Nanjing China 500 2053 2 4 257 1992


As estruturas mais altas no mundo:

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2 Nanjing

Yangtze River

Crossing

China 500 2053 2 4 257 1992

3 Orinoco River

Crossing

Venezu-

ela230 2537+

2161

2 1 240 N.A

4 Zhujiang

Crossing

China 500 1547+

931

2 2 235.75 1990

5 Wuhu Yangtze

River Crossing

China ±500 1910 2 4 229 2003

Travessia rio Yang-tze - ChinaTravessia rio Yang-tze - China

LT com torre mais alta

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Travessia de 2.200m – A torre é 22,5m mais alta que a torre Eiffel,Tendo a metade do peso ~ 5kton.

A capacidade de transmissão é de 2 x 2000 MVA ou 3200 MVA para apénas 1


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A capacidade de transmissão é de 2 x 2000 MVA ou 3200 MVA para apénas 1 circuito em operação. (Os condutores têm que transmitir a corrente correspondente a uma temperatura ambiente de 40°C e vento de 0,6 m/s).

Capcidade de curto-circuito do OPGW: 400kA 2s.

OPGW, “loose” de 24 fibras, “single mode”

Sistema anti-vibração, para as fases e cabo pára-raios: “stockbridge” + “festoon”


Instalação de isoladores

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Venezuela: travessia do lago Maracaibo Vão: 1500m (máx.)Altura: 148 m


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Vão: 1335 mAltura: 116 m

No Brasil: Travessia do rio Tocantins Sistema 500kV de Tucuruí


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Conclusões – Longas Travessias

� Projetos únicos e específicos

� Maior nível de tensão: 500 kV (várias)

� Máximo nr circuitos: 4 x 380 kV (Rio Elba)


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� Máximo nr circuitos: 4 x 380 kV (Rio Elba)

� Tipo de condutor mais utilizado: AACSR

� Projetos conservadores, alta classe de confiabilidade

Desafio: demanda de eletricidade

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Áreas teóricas para suprir demanda de eletricidade mundial,

européia e alemã.

Muito obrigado pela atenção!!!

Título Título títuloTítulo Título título

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Sidnei Ueda – Nexans Brasil SA

E-mail: [email protected]

Tel.: (12)3185-2022

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