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GLT/022

21 a 26 de Outubro de 2001Campinas - São Paulo - Brasil

GRUPO IIIGRUPO DE ESTUDO DE LINHAS DE TRANSMISSÃOMELHORIA NOS INDICES DE DESEMPENHO NAS LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO EM 138 kV COM O USO DO

CABO CONDUTOR TERMORESISTENTE EM SUBSTITUIÇÃO AO CABO CAA LINNET

Paulo Americo de Mattos Cardoso* Aroldo Coser Boynard José Alves Pereira Filho

EMPRESA ENERGÉTICA DE MATO GROSSO DO SUL S/A - ENERSUL

RESUMONeste trabalho serão apresentados os resultados daspesquisas desenvolvidas na Enersul em parceria comas empresas Furukawa, Aspel Enga., Nema, SantanaIsoladores, Kosmann Enga. e Servitec parautilização do cabo CAA 336,4 MCM de liga dealumínio termoresistente - TAL, desenvolvimento eadequação de arranjos de cadeias de ancoragem esuspensão do cabo condutor e acessórios enacionalização de ferragens a compressão.

Palavras-chave: Linhas de distribuição einterligação, ferragens, cabos condutores aéreos, ligade alumínio, termoresistente.

1 .0 - INTRODUÇÃOCom as mudanças no setor elétrico, advindas dasprivatizações das concessionárias, são exigidasconstantes melhoras nos índices de desempenho dasempresas, a ENERSUL partiu para a procura de umcabo condutor que em momentos de contingência dosistema ou até mesmo em função do aumentoinesperado do crescimento da demanda em relaçãoao planejado inicialmente, atendesse técnico-economicamente a estes requisitos, postergandonovos investimentos .

Tal iniciativa foi tomada após as dificuldadesencontradas quando da execução da recapacitaçãode uma linha de interligação, onde as condições decontingência do sistema apresentavam situação emque as correntes circulantes pelos cabos condutoresexistentes acarretavam envelhecimento precocedestes.É interessante lembrar que os cabos de alumíniotradicionalmente utilizados (liga Al 1350) suportamtemperaturas de até 90°C, sem alteração das suascaracterísticas físicas, mecânicas e elétricas .

Os critérios de seleção do tipo de cabo para uso emlinhas de distribuição e interligação se tornaram

complexos, requerendo um entendimento completodas características físicas de todos os cabosdisponíveis , englobando ainda aspectos físicos,elétricos, mecânicos e térmicos do cabo, e tambémas relações entre essas variáveis, para encontrar amelhor relação custo/benefício na seleção do cabo autilizar, mostradas abaixo .• Estabilidade da linha x corrente;• Operação econômica x carregamento térmico;• Carregamento mecânico x altas temperaturas• Vida útil x fadiga do material

Tendo a Furukawa informado que já se encontravaem processo de fabricação na fábrica de Lorena/SP,o cabo CAA 336,4 MCM de liga de alumíniotermoresistente - TAL, projetado para suportar emregime permanente temperaturas de 150°C, e emregime transitório , 180°C, foi este escolhido parapesquisar sua utilização nas linhas a construir em138kV.

No desenvolvimento dos trabalhos de pesquisaforam aproveitados ensaios/experiências realizadospor outras empresas, conforme a bibliografiaindicada, tendo sido realizados experimentoscomplementares para análise de casos particularesde forma bastante conservativa, procurandoassegurar a não inserção de anomalias por parte dasferragens e acessórios no uso do cabotermoresistente nas novas LD’s a serem construídas.

2.0 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTALEm bancadas, ver Figura 1 , e com o uso de geradorde corrente com capacidade de aplicar uma correntede 1 000 A por tempo indeterminado, foramanalisados os comportamentos mecânico e térmicode cada um dos acessórios a serem empregados,adotando a seguinte metodologia de procedimento:

Figura 1

2.1 IsoladoresComo as LD’s a serem construídas, apresentavamtrechos em áreas urbanas e rural, foram realizadosensaios termo-mecânicos em isoladores line post deporcelana e composto ( EPDM ) , em isoladores dedisco concha-bola de 12 kN , porcelana aluminosa ,dimensões de 254 x 146 mm .

No caso das LD’s instaladas em área urbana, oisolador que apresentou melhor performance foi ode porcelana aluminosa.

Nos trechos rurais, optou-se pelo uso do isolador deporcelana aluminosa, de maneira conservativa, emfunção deste mesmo tipo de material ser utilizadonas LD’s já construídas no Japão .

Durante a realização destes ensaios, eram anotadosdados tais como corrente circulante no cabocondutor, temperatura das diversas partesintegrantes do arranjos, etc..

2.2 Ferragens das cadeias de ancoragemForam introduzidas modificações no arranjo padrãodas cadeias de ancoragem, com vistas a assegurar,no uso de grampos de ancoragem a compressão paracabos CAA com alumínio com liga tradicional Al1350, que a temperatura nesta ferragem nãoultrapassasse a temperatura limite de 90°C, verFigura 2.

Foi desenvolvida a nacionalização do grampo deancoragem adequado para o cabo CAA 336,4 MCMde liga de alumínio termoresistente - TAL, dentrodos padrões adotados pelas normas japonesas ,

mediante parceria entre ENERSUL / Furukawa /Nema, ver Figura 3.

Figura 2

Figura 3

Como amortecedor, foram testados tanto ostockbridge como o festão, optando-se pelo último .O festão foi projetado com sobras de cabo condutorassociadas ao conector cunha, para evitarafrouxamentos dos conectores na ocorrência detemperaturas elevadas.

2.3 Ferragens das cadeias de suspensãoNos arranjos de suspensão a serem utilizados nostrechos rurais das LD’s , foi adotado o arranjo, verFigura 4, acrescentando-se o tipo de amortecedorcitado anteriormente.

Figura 4

Nos trechos urbanos das LD’s verificou-se que oprojeto da cabeça do isolador line post de porcelanaproposto pela Santana Isoladores, acrescido dearmadura preformada, era o suficiente para adissipação e conseqüente diminuição de temperaturano arranjo , ver Figura 5 e Gráfico 1

Figura 5

termoresistente

Al liga 1350

Gráfico 1

Avaliação das temperaturas ao longo de cadeia deisolador line post (porcelana - amostra 2) ,correnteno cabo condutor mantida em 750 A

Estava prevista inicialmente a adoção de festões emparalelo com as emendas desenvolvidas no mercadonacional para os cabos CAA alumínio com ligatradicional Al 1350.Entretanto, desenvolvida a nacionalização daemenda de ancoragem adequada para o cabo CAA336,4 MCM de liga de alumínio termoresistente -TAL, dentro dos padrões adotados pelas normasjaponesas, mediante parceria entre ENERSUL /Furukawa / Nema, quando ensaiadas, estasapresentaram excelente desempenho com relaçãoaos aspectos termo-mecânicos, verificando não sernecessário usar festão nestas ferragens, ver Figura 6.

Figura 6

Devido aos baixos percentuais de tração deesticamento dos cabos condutores nos trechosurbanos das LD’s, optou-se por não utilizaramortecedores .

3.0 OUTROS ENSAIOS A SEREMEXECUTADOSNos próximos experimentos a serem realizados,constará a medição de dados de corrente,temperatura, velocidade e direção de vento, verFigura 7.

Os dados coletados nestas experiências servirãotanto para utilização imediata em construção defuturas LD’s do grupo ESCELSA / ENERSUL ,assim como para se evitar possíveis pontos deaquecimentos em outras instalações, na circulação

de correntes elevadas, provocando altastemperaturas e posteriormente afrouxamento dasconexões.

Figura 7

4.0 ESTUDOS DE FLUXO DE POTÊNCIADESENVOLVIDOS PARA AS LD’SNos estudos desenvolvidos pela área deplanejamento da Enersul, em várias situações decontingência do sistema de LD’s em CampoGrande, o cabo CAA 336,4 MCM de liga dealumínio termoresistente-TAL apresentadesempenho superior aquele que seria apresentadona mesma situação pelo cabo CAA em alumínio ligaAl 1350, dada a sua maior capacidade de transportede potência, evitando cortes de carga, melhorandoos índices de desempenho do sistema ENERSUL emCampo Grande / MS com minimização de custos deinvestimento.

5.0 ESTUDOS DE MEIO AMBIENTE E DECAMPOS ELÉTRICO E MAGNÉTICOForam pesquisadas as possíveis interferências que aselevadas temperaturas em regime de emergência,150°C, do cabo CAA 336,4 MCM de liga dealumínio termoresistente-TAL poderão causar sobrea fauna existente nas áreas onde se encontramimplantadas as LD’s 138 kV .Não dispondo de experiência sobre o assunto,repassamos esta consulta, através da Furukawa, parao seu representante no Japão. Este informou que ouso deste cabo nas LD’s japonesas não causounenhum problema à fauna.Também as avaliações de possíveis interferênciasdos campos elétrico e magnético sobre animaisexistentes ao longo do traçado das LD’s mostraramvalores para os campos elétrico e magnéticopróximos aqueles solicitados por norma.A verificação de segurança do pessoal demanutenção em linha viva, obteve o mesmoresultado favorável.

termoresistente

Al liga 1350

Condutor

Cabeça do isolador

Temp ambiente

Valores mínimo (1) , médio (2) ,máximo (3)de temperatura (°C)

6.0 CONCLUSÕES

A aplicação do cabo condutor termoresistente emnovas linhas de distribuição em 138 kV é viávelquando comparada com a performance apresentadapelo cabo CAA de mesma bitola nas LD’s em 138kV construídas anteriormente.

As linhas de distribuição em cabo termoresistenteapresentam diminuição pouco significativa dos vãosentre estruturas , assim como aumento do peso dasestruturas metálicas utilizadas quando comparadacom LD’s já construídas. A diferença de custo de10% do cabo condutor termoresistente com relaçãoao de mesma bitola CAA é mais do que recuperadacom o aumento da disponibilidade do sistemaelétrico, principalmente nas condições deemergência. Em particular , no caso do sistema dedistribuição da ENERSUL em Campo Grande – MSpor ter a sua configuração em anel, a utilização docabo condutor termoresistente tornou mais flexível osistema com respeito às condições de emergência.(referencia 8).

No caso das LD’s em 138 kV da Enersul, onde foiaplicado o cabo condutor termoresistente LINNET,houve a redução no investimento em torno de 20%,quando comparada com uma LD construída comcabo CAA de bitola equivalente ( 636 MCM – CAA– GROSBEAK) a capacidade de transporte do cabotermoresistente (referencia 9).

Os critérios de locação das estruturas adotados pelaEnersul foram conservativos com relação àtemperatura máxima de locação, tendo sido adotadoo valor de 150°C. É interessante lembrar que estevalor de temperatura, se não for ultrapassadodurante a vida útil da LD, não provocará oenvelhecimento acelerado do cabo condutor. Emfunção deste critério adotado, as LD’s em 138kVconstruídas apresentam aumento de potência de50%, em torno de 10% a menos dos valorespraticados na referência (1).

Com relação as ferragens desenvolvidasnacionalmente para o cabo condutor termoresistente,através de parceria entre as empresasNEMA/FURUKAWA/ENERSUL, será dadacontinuidade ao desenvolvimento de ensaios termo-eletromecânico, com a finalidade de comparar osseus desempenhos com os similares desenvolvidospara cabos CAA de mesma bitola.

7.0 Bibliografia

(1) NASCIMENTO, C. A. M.; EDINO B.GIUDICE; MIGUEL A. MOURÃO; JOSÉ M.

C. BRITO; JOSÉ M. ASSUNÇÃO; BELINEQ.A.FONSECA; VALÉRIO O. FERREIRA;ALEXANDRE Q. BRACARENSE ; SIDNEIUEDA.Aumento da capacidade de transmissão de linhasaéreas , utilizando cabo CAA de liga de alumíniotermoresistente (tal).XV SNPTEE (1999) .Brasil.

(2) BEZERRA , J. M. B.; OSWALDO R JUNIOR;ROBERVAL LUNA.Monitoração de parâmetros eletromecânicos delinhas de transmissão com vistas as avaliaçãodo estado operacional e recapacitação. XVSNPTEE (1999) . Brasil.

(3) Informe técnico, Liga de Alumíniotermoresistente, Furukawa .

(4) Informe técnico, Dimensionamento de cabosde alumínio termoresistente, Furukawa .

(5) RÉGIS , OSWALDO, JR; J. MAURÍCIO B.BEZERRA; L. A. M. CABRALDOMINGUES;SIDNEI MASSAMI UEDA.A utilização de cabos condutores de liga de Altermoresistente na repotencialização de LT detransmissão e subtransmissão . XV SNPTEE(1999).Brasil.

(6) Informe técnico, Comportamento térmico doisolador de porcelana e ferragens deancoragem nas LD’s 138kV com cabocondutor termoresistente.( 1999 )CARDOSO , PAULO AMERICO M.;ANTONIO P. RIBEIRO;AROLDO C.BOYNARD .

(7) Estudo de planejamento, Verificação AnelCampo Grande .PEREIRA , JOSE ALVES F°; LUIZ A. F.CARDOSO .(1999)

(8) Estudo de planejamento, Verificação AnelCampo Grande .PEREIRA, JOSE ALVES F°; LUIZ A. F.CARDOSO .(2000).

(9) Informe técnico, Análise técnico-econômica dadefinição dos critérios de locação dasestruturas metálicas utilizadas nas LD’s 138kVC.G. Imbirussu / C.G. Industrial e C.G.Industrial / C.G.José Abrão.(2001)CARDOSO , PAULO AMERICO M.; LUIZEDUARDO MARCÍLIO;JOSÉ ALVESPEREIRA; AROLDO C. BOYNARD .