LINHAS DE TRANSPORTE

SISTE – 11-12

Rede Pública de Transporte

SISTE HJJRS RMS 2

Linhas de Transportep

Porquê uma rede de transporte?q p

Quais as tensões de serviço a escolher?

Que tipo de corrente?

Monofásica?Trifásica?Contínua?

Linha aérea ou subterrânea?Linha aérea ou subterrânea?Quem decide?

SISTE HJJRS RMS 3

Inserção das Linhas de Transporte

As linhas de transporte são utilizadas para interligar os centros produtores de

energia eléctrica centrais eléctricas entre si e entre estas e as grandesenergia eléctrica, centrais eléctricas, entre si e entre estas e as grandes

subestações, de distribuição ou seccionamento – grande distribuição ou

distribuição primáriadistribuição primária.

São usadas também para interligar redes nacionaisSão usadas também para interligar redes nacionais.

Estas linhas cobrem normalmente grandes distâncias pelo que, de modo a

minorar as perdas no transporte devem possuir tensões elevadasminorar as perdas no transporte, devem possuir tensões elevadas.

SISTE HJJRS RMS 4

SISTE HJJRS RMS 5

Tensão de Serviço

Custo das linhas de transporte em função da tensão nominal,comprimento e potência activa a fornecer.

SISTE HJJRS RMS 6

Tensão Económica

Custos de transporte = custos de investimento + custos de exploração

SISTE HJJRS RMS 7

Perda de Energia por Efeito Joule

Tensão Intensidade Perdas Joule Rendimento

Potência = 150 MW Comprimento = 300 km Secção = 400 mm2

U2

kVA

I = P2/√3×U2

kW3×RI2

%η=100×P2/(P2+3×RI2)

60 1443 165478 47,5

150 577 26476 85,0

220 394 12308 92,4

400 217 3723 97,6

SISTE HJJRS RMS 8

Tensões Normalizadas

Dois factores decisivos:

A interligação das redes nacionais ‐MAT

A utilização de electrodomésticos ‐ BTA utilização de electrodomésticos BT

SISTE HJJRS RMS 9

Tensões Normalizadas

Tensão (V) Classes Designação

Nominal Mais elevada Regulamentar Habitual

220/380230/400240/415

---

1ª BaixaTensão

Baixa Tensão

6601000

--

10000(15000)20000

120001750024000

2ª Alta Tensão

Média Tensão

(Distribuição)2000035000

(45000)

2400040500

(52000)

(Distribuição)

66000110000132000

72500123000145000

3ª AltaTensão

(Repartição)132000 145000 (Repartição)

(150000)220000380000

(170000)245000400000

Muito Alta Tensão

(Transporte)400000 420000

1000000 1200000 Ultra AltaTensão

SISTE HJJRS RMS 10

Máximos

• Sistema de maior potência: 6,3 GW Itaipu (Brasil) (±600 kV CC)

• Tensão + elevada (CA): 1,15 MV Ekibastuz‐Kokshetau (Cazaquistão)

• Linha dupla + extensa: Kita‐Iwaki – Japão (500 kV (1 100 kV))

• Postes + elevados: Travessia do rio Iansequião (Yang‐Tsé) (altura: 345 m)

• Linha + extensa: Inga‐Shaba – Congo (1 700 km)

• Maior vão: 5 376 m ‐ fiorde Ameralik, Gronelândia

• Cabos submarinos + extensos:

– NorNed, Mar do Norte – (N – Nl) (580 km)

– Basslink, Estreito de Bass (Aus) ‐ (290 km, total: 357,4 km), ( ) ( , , )

– Baltic‐Cable, Mar Báltico (D – S) ‐ (249 km, total: 261 km)

SISTE HJJRS RMS 11

Natureza da Corrente

C t lt d t ifá iCorrente alternada trifásica:

Praticamente todas as linhas de transporte usam este tipo decorrente – vantagens do sistema trifásico

Corrente contínua:

Em certas condições, linhas aéreas com distâncias entre 800e 1000 km, cabos subterrâneos com comprimentos maiores que60 km, travessia de braços de mar, etc., a solução do uso da cc évantajosa, em particular se se fizer o retorno pelo solo ou mar.j , p p

SISTE HJJRS RMS 12

Tipo de Linha

Linha aérea

SISTE HJJRS RMS 13

Linha Aérea – Características da Catenária

Distância mínima ao solo

SISTE HJJRS RMS 14

Linhas Subterrâneas

SISTE HJJRS RMS 15

Cabos para Instalações Subterrâneas

Cabo com alma multifilar de cobre isolado a polietileno reticulado (XLPE) para 230 kV

SISTE HJJRS RMS 16

Linhas aéreas:

Materiais dos condutores

Maciço – cobre, liga de alumínio

Multifilar – cobre alumínio liga de Multifilar cobre, alumínio, liga de alumínio

Bimetálico alumínio aço (ACSR Bimetálico – alumínio-aço (ACSR –aluminium conductor steelreinforced)

SISTE HJJRS RMS 17

Manutenção das Linhas de Transporte

SISTE HJJRS RMS 18

Fio de guardaFio de guarda

Condutor de fase

SISTE HJJRS RMS 19

Protecção das Linhas Aéreas contra Descargas Atmosféricas

SISTE HJJRS RMS 20

Cabos Bimetálicos

Cabo de alumínio‐aço

Alma de fiosde aço

Fios de alumínioFios de alumínioduro

O cabo de alumínio aço comparado com o de cobre homogéneoO cabo de alumínio‐aço, comparado com o de cobre homogéneode mesma resistência, possui:

M i diâ t d tMaior diâmetro – pode ser vantagem,Menor peso – vantagem,Maior resistência mecânica ‐ vantagem

SISTE HJJRS RMS 21

Cabos Alumínio-Aço de Enrolamento Helicoidal

Sentido de enrolamento Z

Sentido de enrolamento S

SISTE HJJRS RMS 22

Características Dimensionais dos Cabos d Al í i Ade Alumínio-Aço

SISTE HJJRS RMS 23

Escolha da Secção

Intensidade em regime permanente

Queda de tensão

Características mecânicas dos condutores

Intensidade de curto‐circuito admissível

esforços térmicos

esforços electrodinâmicos

Ef itEfeito coroa

Aparelhagem de protecção

NormalizaçãoNormalização

Condições de segurança

Condições regulamentaresCo d ções egu a e ta es

Perda de energia

Custo

SISTE HJJRS RMS 24

Materiais Condutores

Referências Cobre Alumínio

Relação entre secções 1 1,61Igualresistência óhmica

Relação entre diâmetros 1 1,27

Relação entre pesos 1 0,48,

Igual corrente máxima e

Relação entre secções 1 1,39

Relação entre diâmetros 1 1 18aumento de temperatura

Relação entre diâmetros 1 1,18

Relação entre pesos 1 0,42

Igual diâmetroRelação entre resistências 1 1,61

Relação entre intensidades máximas 1 0,78

SISTE HJJRS RMS 25

Materiais Condutores

Grandeza Cobrerecozido

Cobreduro

Alumínioduro

Almelec Unidade

Resistividade a 0,01724 0,0177 0,0282 0,0326 Ωmm2m-1

20º C0,01724 0,0177 0,0282 0,0326 Ωmm m

Coeficiente 0 0039 0 0038 0 0040 0 0036 ºC-1Coeficientede temperatura

0,0039 0,0038 0,0040 0,0036 ºC

Tensão de 24 40 18 35 Kg cm-2Tensão deruptura

24 40 18 35 Kgfcm-2

P ífi 8 9 8 89 2 0 2 3Peso específico 8,9 8,89 2,70 2,7 gcm-3

SISTE HJJRS RMS 26

Condutores e o Efeito Coroa

Campo eléctrico em tornode três tipos diferentes decondutores (para a mesmacondutores (para a mesmatensão)

SISTE HJJRS RMS 27

O Efeito Coroa

A presença no condutor de protuberâncias como gotas de água, flocos de neve, insectosou asperezas produz incrementos locais muito intensos do campo eléctrico Como tal oou asperezas, produz incrementos locais muito intensos do campo eléctrico. Como tal oefeito coroa varia grandemente com as condições atmosféricas e da superfície doscondutores.Normalmente este efeito não ocorre em redes abaixo dos 200 kV.

SISTE HJJRS RMS 28

Feixes de condutores (vários condutorespor fase – aumento do diâmetro médiogeométrico):

Usam-se 2, 3 e 4 podendo chegar-se aUsa se , 3 e pode do c ega se a6 para 800 kV e a 8 para 1000 kV

SISTE HJJRS RMS 29

Projecto de uma Linha AéreaCál l â iCálculo mecânico

Verificação das tensões mecânicas e flechas dos condutoresVerificação das tensões mecânicas e flechas dos condutores

Verificação da estabilidade dos apoiosç p

Força transversal devida ao vento:

Apoios de alinhamento

VF c q Sα= × × ×VF c q Sα × × ×

α‐ coeficiente de reduçãoc – coeficiente de formaq – pressão dinâmica do vento em N/m2

S – secção do perfil longitudinal dos condutores

SISTE HJJRS RMS 30

Projecto de uma Linha Aérea

F ‐ força do vento por unidade de comprimento

α ‐ coeficiente de redução que traduz a variação de velocidade da actuação do vento ao

longo do comprimento do condutor

c ‐ coeficiente de forma que traduz a influência da forma geométrica do elemento exposto

à acção do vento e da direcção do vento

q‐ é a pressão dinâmica do vento

S‐ é a área da secção do elemento apresentado à acção do vento.

Protecção contra contactos acidentais: verificar distância a: edifíciosverificar distância a: edifícios

árvoressolo

SISTE HJJRS RMS 31

Projecto de uma Linha AéreaAcção devida ao gelo

10 mm0

Considerar no peso do condutor uma camada de gelo de 10 mm de espessura

Verificar:

aquecimentoaquecimentovibraçõescontactos acidentais

SISTE HJJRS RMS 32

Modelo Eléctrico de uma Linha de Transportep

Em virtude da grande extensão de uma linha de transporte não é possívelconsiderá‐la de parâmetros concentrados mas antes distribuídos sem o que seconsiderá‐la de parâmetros concentrados mas antes distribuídos sem o que seintroduziriam erros apreciáveis.

R, L, ..., são constantes por unidade de comprimento

Elemento infinitesimal de uma linha

SISTE HJJRS RMS 33

Modelo Eléctrico de uma Linha de Transportep

2 ( ) ( )( ) ( )d V x R j L G j C V2

2

( ) ( )( ) ( )

( )

R j L G j C V xdx

d I

ω ω= + +

2

( ) ( )( ) ( )d I x R j L G j C I xdx

ω ω= + +

Sistema de equações diferenciais para V e IApós integração...

( ) cosh sinhV x A x B xγ γ= +( ) cosh sinhI x C x D xγ γ= +

SISTE HJJRS RMS 34

Modelo Eléctrico de uma Linha de Transportep

A, B, C e D constantes de integração, , g ç

Fazendo A = V(0) e C = I(0), valores na origem

da linha, o sistema transforma‐se em:

( ) (0)cosh (0)sinhwV x V x Z I xγ γ= −⎧⎪

( ) ( ) ( )(0)( ) (0)cosh sinh

w

VI x I x x

γ γ

γ γ

⎧⎪⎨ = −⎪ ( ) (0)cosh sinh

w

I x I x xZ

γ γ⎪⎩

SISTE HJJRS RMS 35

Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte

( )( )R j L G j Cγ ω ω= + + ‐ Constante de propagação ( )( )R j L G j Cγ ω ω+ + p p g ç(m‐1 ou km‐1)

WR j LZG j C

ωω

+=

+G j Cω+

Impedância de onda (Ω)

Circuito equivalente, em Π, de uma linha longa

SISTE HJJRS RMS 36

Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte

Linha sem perdas

0 eG 0SR Ω

L x C xsen 2L xZ j

Cπ

λ= 1 2 tanC xY Y j

Lπ

λ= =

SISTE HJJRS RMS 37

Modelo Eléctrico de uma Linha de Transporte

jγ α β= + Constante de propagação (m‐1)jγ α β+ Constante de propagação (m )

2πλβ

= Comprimento de onda (m)β

Para linhas de comprimento inferior a 150 km, pode‐se desprezar o efeito da distribuição dos parâmetros.da distribuição dos parâmetros.

SISTE HJJRS RMS 38

Equações de TransmissãoEsquema em Π

TENSÕES E CORRENTES

0U ‐ Tensão na origem

U ‐ Tensão na recepção (extremidade)

I Corrente fornecida na origem0I ‐ Corrente fornecida na origem

I ‐ Corrente na recepção

21 IeI ‐ Correntes de fugas nas admitâncias Y1 e Y221 1 2

( )2L0 IIZUU ++=

210 IIII ++=

XjRZ LLL XjRZ += ‐ Impedância da linha ou longitudinal

LLsh BjGY += ‐ Admitância de fugas ou transversal

SISTE HJJRS RMS 39

Equações de TransmissãoEsquema em Π e G =0

Equações simplificadas para as tensões e correntes nas extremidades de uma linha

2BjYY L

21 == 0L

1 U2

BjI = ‐ corrente de fugas na origem

U2

BjI L

2 = ‐ corrente de fugas na recepção

IZU2

BjRU2

BXUU LL

LL

L0 ++−=22

U2

BjU

2B

jII L0

L0 ++=

22

SISTE HJJRS RMS 40

Isoladores

Função?

E it d t d d t i tEvitar a passagem de corrente do condutor ao apoio ou suporte esustentar mecanicamente os cabos, barramentos, ...

Será que o isolador cumpre sempre a função para que foi criado?

SISTE HJJRS RMS 41

Fenómenos de Condutividade

C d ti id d dCondutividade da massa do isolador

Condutividade superficialp

Perfuração da massa do isolador

Linha de arcoDescarga disruptiva e contornamento

SISTE HJJRS RMS 42

Fenómenos de Condução• Condutividade superficial

• Contornamento da parte exterior do isolador. O fenómeno é favorecido

pela deposição de poeiras e sais na superfície do isolador e pela presença

de humidade, gelo e neve.

• Pode ser minorado dando ao isolador uma forma conveniente, de modo a

tornar o mais longo possível o caminho da corrente de fuga (linha de

fuga), e procedendo à limpeza do isolador. A linha de fuga normal é de 1,5

cm/kV e a linha de fuga alongada de 2,6 cm/kV/ g g , /

SISTE HJJRS RMS 43

Fenómenos de Condução

D di i• Descarga disruptiva e contornamento

• Arco entre o condutor e as partes metálicas dos suportes quando a rigidez

dieléctrica do ar se apresenta com um valor bastante baixo, o que

acontece sobretudo com chuva ou quando o grau de humidade é elevado

SISTE HJJRS RMS 44

Características Desejáveis dos I l dIsoladores

• Elevada resistividade

• Rigidez dieléctrica suficiente para que a sua tensão de perfuração sejamuito superior à tensão de serviço, permitindo‐lhes suportarsobretensões que possam aparecer na linha sem rico de perfuraçãosobretensões que possam aparecer na linha sem rico de perfuração.

• Caso se verifique a perfuração, a característica isolante do dispositivo ficacomprometida e a energia que se desenvolve no seu interior, devido aoarco resultante, poderá levar à explosão do isolador e à consequentequeda do condutorq

SISTE HJJRS RMS 45

Características Desejáveis dos IsoladoresIsoladores

• Forma adequada para que sejam elevadas quer a linha de fuga, correntesde superfície, quer a linha de arco, contornamento

• Resistência mecânica suficiente para suportar os esforços exercidos peloscondutorescondutores

• Resistência às variações de temperatura

• Baixo custo

SISTE HJJRS RMS 46

Tipos de Isoladores

• Os isoladores para AT dividem‐se em dois grupos:• Os isoladores para AT dividem‐se em dois grupos:

‐ rígidos e de cadeia ou suspensão

• Os de tipo rígido são constituídos por um único bloco ou por várias partessobrepostas e ligadas por um cimento especial

• Por dificuldade de fabricação e montagem estes isoladores sãol f b d õ é kgeralmente fabricados para tensões até 30 kV

SISTE HJJRS RMS 47

Tipos de Isoladores

• Os isoladores suspensos são compostos de vários elementos reunidos emforma de cadeia. Estes podem ser de porcelana ou vidro

• Basicamente existem 3 tipos de elementos que formam as cadeias de• Basicamente existem 3 tipos de elementos que formam as cadeias deisoladores

‐ isoladores de campânula simples

‐ isoladores de campânula dupla

‐ isoladores de tronco alongado

• Uma cadeia de isoladores é formada por uma série de isoladores decampânula (cerâmica ou vidro)p ( )

SISTE HJJRS RMS 48

Tipos de Isoladores• Para 120 kV usam‐se cadeias de 6 a 8 elementos; para linhas de 500 kV

usam‐se 26 a 36 elementosusa se 6 a 36 e e e tos

• A tensão média por isolador é de 10 kV

• Cadeias de suspensão: cadeias verticais ou em V usadas em postes ondehá apenas suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou que fazem umhá apenas suspensão de linhas (postes de alinhamento) ou que fazem umpequeno ângulo

• Cadeias de amarração: cadeias horizontais usadas em postes deamarração, ângulo ou fim de linha

• As cadeias podem ser simples ou duplas

SISTE HJJRS RMS 49

Tipos de IsoladoresTipos diversos de isoladores rígidos

Bastão

Pino

Pilar

Gola

SISTE HJJRS RMS 50

Tipos de Isoladores

Isolador tipo campânula e espigão –(trabalha à compressão)

10 kV por elemento da cadeia

SISTE HJJRS RMS 51

Isoladores

I l d dIsoladores de campânula e espigão antipoluição

10 kV por elemento da cadeia Cadeia de isoladores

SISTE HJJRS RMS 52

0 po e e e to da cade a

Tipos de Isoladores (continuação)

SISTE HJJRS RMS 53

Isolador de suspensão

SISTE HJJRS RMS 54

Acção do Vento sobre as Cadeias de Isoladores

SISTE HJJRS RMS 55

Isolador de amarração

SISTE HJJRS RMS 56

C d i dCadeia deisoladores em V

SISTE HJJRS RMS 57

Protecção dos Isoladores

Haste dedescargadescarga

Anel dedescargag

SISTE HJJRS RMS 58

Contornamento dos Isoladores

SISTE HJJRS RMS 59

Protecção das Cadeias de Isoladores

As cadeias são protegidas por um sistema de hastes e anéisd d t i f lé t i dde descarga entre os quais se forma o arco eléctrico em caso decontornamento quando de uma sobretensão.

SISTE HJJRS RMS 60

Amortecedores mecânicos

SISTE HJJRS RMS 61

Amortecedores Mecânicos tipo Stockbridge

SISTE HJJRS RMS 62

Avisos à Navegação Aérea

Sinalização diurnaSinalização diurna

Lâmpada de descarga de um sinalizador nocturnop g

SISTE HJJRS RMS 63

Manutenção das Linhas

Trabalhosemtensão

SISTE HJJRS RMS 64

Manutenção das Linhas

Lavagem das linhas

SISTE HJJRS RMS 65

Protecção da Fauna

Suportes especiais para ninhos

SISTE HJJRS RMS 66

Apoiosp

Um apoio para linha aérea é constituído pelo poste e respectiva fundação e ainda pelos elementos que suportam os condutores (armações)

MaterialMadeiraMadeiraMetálicosBetão armado

FundaçõesSoloB (b tã f )Bases (betão, ferro,...)Maciços

SISTE HJJRS RMS 67

Esforços sobre os Apoios

• Esforços verticais: devido ao peso do condutor e a possíveis depósitos degelo ou neve acumulados sobre eles

• Esforços transversais: resultam quer da acção do vento sobre os apoios• Esforços transversais: resultam quer da acção do vento sobre os apoios,que da tracção dos condutores quando estes formam ângulo

• Esforços longitudinais: verificam‐se quando as forças aplicadas ao apoiopelos condutores dos vãos adjacentes são diferentes ou quando o apoiopelos condutores dos vãos adjacentes são diferentes ou quando o apoiosó suporta condutores de um dos lados (fim de linha)

SISTE HJJRS RMS 68

A i d Apoios de aço

Separador de feixe

SISTE HJJRS RMS 69

Classificação dos Apoios

• Apoios de alinhamento: suportam unicamente os condutores e cabos deguarda, quando os vãos adjacentes estão no prolongamento um do outro.Esforços verticais e transversais.

• Apoios de ângulo: utilizados para suportar os condutores e cabos deguarda nos vértices dos ângulos formados por dois alinhamentosd f fdiferentes. Esforços verticais e transversais.

SISTE HJJRS RMS 70

Classificação dos Apoios

• Apoios de reforço: servem para proporcionar pontos firmes na linhalimitando a propagação de esforços longitudinais de carácter excepcional,por exemplo, aquando da ruptura de um condutor. Normalmentecolocados a cada 2 ou 3 km.

• Apoios fim de linha: montados no extremo da linha aérea devendo porf l d d d d b disso resistir a esforços longitudinais de todos os condutores e cabos de

guarda.

SISTE HJJRS RMS 71