transmiss o aula 1 edimar

7/22/2019 Transmiss o Aula 1 Edimar

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Curso de Transmisso de Energia Eltrica Aula Nmero: 01PROF. JOOA. PASSOSFILHO

Descrio da Disciplina

O objetivo do curso: estudo da rede em regime permanente a60Hz

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Ementa do Curso

1. Introduo e consideraes gerais2. Linhas areas de transmisso (LTs) Efeito corona

3. Relao entre tenso, corrente e potncia em uma LT

Circuitos monofsicos Circuitos trifsicos

Grandezas em p.u.

4. Indutncia, reatncia indutiva das LTs Reduo de KRON

5. Resistncia e efeito pelicular6. Impedncias das LTs

Correo de Carson

Impedncia de seqncia zero (Seq.(0))

7. Capacitncia, susceptncia capacitiva das LTs 3


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Bibliografia Bsica

Transmisso de Energia EltricaLinhas Areas, FUCHS,R. D., LTC Editora S.A., ISBN: 85-216-0082-8

Fundamentos de Sistemas Eltricos de Potncia, ZANETTAJR., Editora Livraria de Fsica, ISBN: 85-88325-41-1

Power System Analysis, J. J. GRAINGER, W. D.STEVENSON JR., McGraw-Hill 1994.

Introduo Sistemas de Energia Eltrica,A. MONTICELLI,A. GARCIA, Editora: UNICAMP, 1999.

Notas de aula.

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Critrios de Avaliao

Primeira Avaliao: 07/05/2010

Segunda Avaliao: 11/06/2010

Terceira Avaliao: 25/06/2010

Quarta Avaliao: A combinar

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Sistemas Eltricos de Potncia

Conceitos bsicos

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Sistemas Eltricos de Potncia

Esquema simplificado de um sistema de potncia

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Sistema Eltrico de Potncia

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Caractersticas do Sistema Eltrico Brasileiro

Sistema EltricoBrasileiro (SEB)

Prximos dos centros de consumo

Sistema hidrotrmico com predominncia de gerao hidreltrica

NormalmenteAfastados dos

centros de consumo


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JacuiPorto Alegre

FlorianpolisCuritiba

So Paulo

Rio de JaneiroParabado Sul

Uruguai

VitriaBelo

Horizonte

Itaipu

GrandeParanaba

Paran/TietCampo Grande

Iguau

Tocantins

Belm

So Francisco

Parnaba

So LusTeresina

FortalezaNatal

RecifeMacei

AracajSalvador

Cuiab

GoiniaBraslia

Paranapanema

Argentina

Cap. Instalada = 88 533 MW

Hidroeltrica = 68 896 MW 77.8 %

Trmica = 17 630 MW 19.9 %

Nuclear = 2 007 MW 2.3 %

Unid. consum. = 54.9 milhes

Produo = 398.3 TWh/ano

Demanda mx. = 60 918 MW

LTRede bsica = 84 129 km

Fonte: MME/ANEEL (Maio/2005)

Gerao 85% Setor pblico15% Setor privado

Transmisso 26 conces. (15 privadas)

Distribuio 64 concesses

80% setor privado


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Fonte N Usinas MW %

Hidreltrica 599 71.390 70,7

Gs 98 10.813 10,7

Petrleo 511 4.613 4,6

Biomassa 262 3.295 3,3

Nuclear 2 2.007 2,0

Carvo Mineral 7 1.415 1,4

Elica 10 29 0,0

Potncia Instalada 1.489 93.562 92,6

Importao Contratada 7.468 7,4

Potncia Disponvel 101.030 100,0

Brasil - Matriz de Energia Eltrica - 28/02/06

Fonte: Aneel


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Potencial Hidreltrico Amrica do Sul

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Potencial (GW) Potencial Desenvolvido (%)

Capacidade terica

total

Capacidade tecnicamente

explorvel

Capacidade terica

total

Capacidade

tecnicamente explorvel

Argentina 40.4 14.8 24.4 66.4

Bolvia 20.3 14.4 2.4 3.4

Brasil* 260.0 180.0 28.2 40.8

Chile 25.9 18.5 18.9 26.5

Colmbia 114.2 22.8 7.9 39.3

Equador 19.1 15.3 9.4 11.8

Paraguai 14.8 12.1 54.6 67.0

Peru 180.0 45.1 1.8 7.1

Uruguai 3.7 1.1 28,7 100.0

Venezuela 36.5 28.1 40.0 52.0

Outros 11.0 4.5 3.2 7.9

Total 726.1 356.7 17.5 35.7

Fonte: World Energy Council (2007), *PNE 2030

C d T i d E i Elt i A l N 01 P J A P F


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Distribuio Geogrfica do Potencial

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C d T i d E i Elt i A l N 01 P J A P F


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Sistema Interligado Nacional - SIN

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C d T i d E i Elt i A l N 01 P O JOO A P SSOS F O


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Situao do SEB em 2008

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Tenso Extenso

(kV) (km)

230 37.863 41,2

345 9.772 10,6

440 6.671 7,3

500 31.773 34,5

600 (HVDC) 3.224 3,5

750 2.683 2,9

Total 91.986 100

Linhas de Transmisso (917) (*)

Principais Componentes da

(%)

Rede de Transmisso

(*) Rede Bsica: 739 linhas e 81.429 km

C rso de Transmisso de Energia Eltrica A la Nmero 01 PROF JOO A PASSOS FILHO


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Caractersticas do SEB

Comparao com a Europa

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Planejamento de LTs

Os investimentos no sistema de transmisso so bastante representativos

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Parmetros das Linhas de Transmisso

Resistncia (R) Dissipao de potncia ativa

Passagem de corrente

Condutncia (G) Representao de correntes de fuga entre condutores e pelos isoladores

(principal fonte de condutncia) Depende das condies de operao da linha

Umidade relativa do ar, nvel de poluio, etc.)

muito varivel

Seu efeito em geral desprezado (sua contribuio no comportamentogeral da linha muito pequena)

Indutncia (L) Deve-se aos campos magnticos criados pela passagem das correntes

Capacitncia (C) Deve-se aos campos eltricos: cargas nos condutores por unidade de diferena de

potencial entre eles

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Parmetros das Linhas de Transmisso

Com base nestes parmetros que representam fenmenosfsicos que ocorrem na operao das LTs, pode-se obter umcircuito equivalente (modelo) para a mesma, como porexemplo:

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Linhas Areas de Transmisso (LTs)

Tenses usuais de transmisso Em CC Valor entre o plo (+) e plo (-)

Em CA Valor Eficaz = (entre fase-fase)

Gerao de grandes blocos de energia Aumento do nvel de tenso

Padronizao Brasileira

Distribuio (mdia tenso): 13,8 kV e 34,5 kV Sub-Transmisso e Transmisso (AT): 69 kV, 138 kV e 230 kV

Transmisso (EAT): 345 kV, 500 kV e 765 kV

Ultra Alta Tenso: 1000 kV e 1200 kV (em estudos)

Componentes de uma LT e suas caractersticas

Cabos condutores Cabos pra-raios

Isoladores

Ferragens

Estruturas

Fundaes 20

2maxV



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Linhas Areas de Transmisso (LTs)

O desempenho eltrico de uma linha area de transmisso depende quaseexclusivamente de sua geometria, ou seja, de suas caractersticas fsicas

Objetivo primeira parte Exame de suas caractersticas fsicas e dos elementos que a compem

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Cabos Condutores

Constituem os elementos ativos propriamente ditos das LTs

Sua escolha adequada representa um problema de fundamentalimportncia no dimensionamento das linhas

Condutores ideaiscaractersticas Alta condutibilidade eltrica

Baixo custo

Boa resistncia mecnica

Baixo peso especfico

Alta resistncia oxidao

Alta resistncia corroso por agentes qumicos poluentes

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Cabos Condutores

Fatores eltricos Determinam o tipo de condutor, a rea e o numero de condutores por fase

Capacidade trmica: condutor no deve exceder limite de temperatura, mesmosob condies de emergncia quando pode estar temporariamentesobrecarregado

Nmero de isoladores: manter distncias fase-estrutura, fase-fase etc.

Deve operar sob condies anormais (raios, chaveamentos, etc.) e emdiferentes ambientes (umidade, sal, gelo, etc.)

Esses fatores determinam os parmetros da linha relacionados com o modeloda linha

Fatores mecnicos Condutores e estruturas sujeitos a foras mecnicas (vento, neve, gelo, etc.)

Fatores ambientais Uso da terra (valor, populao existente, etc.)

Impacto visual (esttico)

Fatores econmicos Deve atender todos os requisitos a um mnimo custo 23



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Cabos Condutores

Inicialmente Condutores de Cobre

Atualmente Condutor de Alumnio Razo: preo mais baixo

Problemas do Alumnio: baixa resistncia mecnica Soluo: Fio de ao de alta resistncia mecnica colocado no centro do

condutor (Coaxial) Os cabos condutores so encordoados em camadas e quando formados por

fios de mesmo dimetro vale a seguinte relao:

N = 3x2+ 3x + 1

N nmero total de fios componentes

x nmero de camadas

Em transmisso recomenda-se utilizar a bitola mnima

4 AWG (American Wire Gauge) para o alumnio 41 740 CM

6 AWG para o cobre 26 250 CM

1 CM = 0,5067x10-3mm2 (CM circular mil)

o Equivale rea de um circulo de um milsimo de polegada de dimetro 24



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Cabos Condutores

Padro de comercializao AWG (American Wire Gauge) - americano IEC (International Eletrotechnical Comission) - europeu

No Brasil ainda se utilizam ambos os padres por ainda nose atualizarem nem as mquinas que fabricam os condutoresnem as reas da Eletricidade que no utilizam um padrocomum

Seo transversal vulgarmente denominada de bitola

AWG: o nmero que identifica o padro dado pelo nmerode vezes que o condutor trefilado, isto , pelo nmero devezes que o condutor passa pela trefila (ferramenta de corteem forma circular que desbasta- desengrossar - o condutor at ele atingir o dimetro

desejado) 25



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g

Cabos Condutores

Existem diferentes tipos de condutores, e os mais usados em linhas detransmisso so normalmente, por razes econmicas, condutores dealumnio CA: condutor de alumnio puro

AAAC: condutor de liga de alumnio, deAll Aliminium Alloy Conductor (AAAC)

CAA: condutor de alumnio com alma de ao, cuja denominao muitoconhecida em ingls ACSR, deAluminium Cable Steel Reiforced

ACAR: condutor de alumnio com alma de liga de alumnio , deAluminiumCable Alloy Reiforced

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Ex: Formao 24/7 de um cabo CAA que representa 24 fios de alumnio e 7 de ao



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g

Cabos Condutores

27



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g

Cabos Condutores

No processo de encordoamento os fios descrevem uma trajetria helicoidalem torno do centro do condutor. Levando-se em conta ainda que os cabossofrem uma deformao provocada pelo seu peso, o comprimento real um pouco maior que a extenso da linha l.

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Cabos Condutores

Condutores tubulares e expandidos Tenses EAT Perdas por efeito corona

Reduzir os gradientes de potencial nas superfcies dos condutores

Soluo encontrada

Aumento do dimetro do condutor

Condutores tubulares e expandidos

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Cabos Condutores

Condutores mltiplos Advento, em 1950, das primeiras linhas em tenses extra-elevadas (380 kV)

Utilizados para reduo do efeito corona

De um modo geral, linhas acima de 300 kV utilizam condutores geminados

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geminados tri-geminados quadri-geminados



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Efeito Corona

Descargas que se formam na superfcie do condutor quando aintensidade do campo eltrico ultrapassa o limite de isolaodo ar

Principais conseqncias Emisso de luz

Rudo audvel

Rudo de radio (interferncia em circuitos de comunicao)

Vibrao do condutor

Liberao de oznio

Aumento das perdas de potncia (deve ser suprida pela fonte)

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Efeito Corona

Ionizao do ar em torno dos condutores devido ao campoeltrico dos mesmos Os eltrons livres prximos superfcie do condutor ganham energia

do campo eltrico, suficiente para sua acelerao. Estes munidos deenergia cintica, chocam-se com os tomos de oxignio, nitrognio e

outros gases presentes, dando-lhes essa energia que faz os tomosmudarem para um estado mais elevado

Os tomos para voltarem sua condio original, cedem energia emforma de calor, luz , energia acstica, radiaes eletromagnticas

Tal fato denominado ionizao por impacto

A tenso crtica pela qual se inicia o efeito corona chamada tensocrtica de corona ( )

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cV



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Efeito Corona

A tenso crtica de corona pode ser avaliada pela frmula semi-imprica:

: tenso crtica de corona (kV) valor de pico

: coeficiente de rugosidade (0,93 para fios e 0,87 para cabos)

: dimetro do condutor (mm) : distncia entre condutores (mm)

: coeficiente que depende da temperatura e da altitude

: altitude

: temperatura mdia anual : freqncia do sistema

: tenso da rede (kV pico a pico)

As perdas podem ser determinadas pela frmula da PEEK

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d

DdmVc

2log43,2

t

H

273

086,0760386,0

)/(10244,3 32

KmkWVVD

dfP c

cV

m

d

D

H

tf

V



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Efeito Corona

Para evitar o efeito corona, calcular o dimetro mnimo equivalente doscondutores de uma LT area, sendo a distncia mdia entre os condutoresde 7 m, funcionando a 400 kV, numa altitude de 100 m e temperaturamdia de 22,64 C. Calcule uma estimativa para as perdas, caso a tensocrtica de corona seja excedida em 10%, sendo a freqncia 60 Hz

Dados fornecidos:

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mmmD 70007

kVkVVPicokVV LPL 69,5652400400

mH 1000

Ct o64,22

)(87,0 cabosm



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Efeito Corona

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d

DdmVc

2log43,2

t H

273086,0760386,0 88,0

69,565cVCondio para nohaver efeito corona

2400

2

log88,087,043,2

d

D

d 07,304

14000

log

dd

Adotando diferentes valores de d:

mmd 100

mmd 200

mmd 160

61,21414000

log

dd

02,36914000

log

dd

72,31014000

log

dd

Adotado d=160 mm

Deve-se ento combinas vrios condutores por fase (2, 3 ou 4) para obteno do dimetros de 160 mm

2400cV ou



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Efeito Corona

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)/(102

44,3 32 KmkWVVDdfP c

A nova tenso crtica para d = 160 mm : kVVc 78,57878,31088,087,043,2

kVVce f 83,408

Clculo das Perdas:

)/(108,5714000

16060

88,0

44,3 32 KmkWP

)/(77,83 KmkWP



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Cabos Pra-Raios

Usados para proteo dos condutores fases contra surtos atmosfricos Tipos de cabos pra-raios

Multi-aterrados

Aterrados em todas as estruturas

Isolados

Usados tambm para comunicao entre SEs

Abastecimento de pequenas vilas ao longo da LT

So chamados de pra-raios energizados Seus isoladores possuem baixa tenso disruptiva

Material: Ao Galvanizado HS Alta resistncia mecnica

EHS Extra Alta resistncia mecnica

So compostos de fios de cabos de ao encordoados Alumowild

So fios de ao encordoado revestidos por uma capa de alumnio

ACSR

Usado somente na formao do cabo 12/7 (12 fios de alumnio e 7 fios de ao)

Alta resistncia mecnica

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Cabos Pra-Raios

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Isoladores

Funo principal Fixar e isolar os cabos s estruturas

So fabricados em Vidro temperado

Porcelana

Resina sinttica

Ferragens em ao galvanizado Solicitaes Eltricas

Tenso nominal

Sobre-tenso (manobra e descarga)

Solicitaes Mecnicas Foras verticais

Foras horizontais

Robustos na montagem

Solicitaes Ambientais Poluio

Tipos mais utilizados

Pino: at 69 kV Disco: Formam as cadeias de isoladores (suspenso e ancoragem) 39



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Isoladores

Os cabos so suportados pelas estruturas atravs dos isoladores, que, como seu

prprio nome indica, os mantm isolados eletricamente das mesmas. Devemresistir tanto a solicitaes mecnicas quanto eltricas

Os esforos so transmitidos pelos isoladores s estruturas, que devem absorv-los

As solicitaes de natureza eltrica a que um isolador deve resistir so as tenses

mais elevadas que podem ocorrer nas LTs, e que so: Tenso normal e sobretenses em freqncia industrial;

Surtos de sobretenso de manobra que so de curta durao podendo, no entanto,atingir nveis de 3 a 5 vezes a tenso normal entre fase e terra

Sobretenses de origem atmosfrica, cujas intensidades podem sr muito elevadas evariadas

Um isolador eficiente deve ainda ser capaz de fazer o mximo uso do poderisolante do ar que o envolve a fim de assegurar isolamento adequado. A falha deum isolador pode ocorrer tanto no interior do material (perfurao) ou pelo ar que oenvolve (descarga atmosfrica)

No produo de rdio interferncia Em geral, causada nos isoladores por minsculos pontos de disrupo eltrica para o ar

Efeito corona 40



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Isoladores

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Isoladores de Pino

Isoladores de disco



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Isoladores

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Ferragens

Utilizadas para o engastamento de condutores, isoladores e estruturas So fabricados de ao forjado, zincado a quente

Tipos Amortecedores

Servem para amortecer as vibraes dos condutores e pra-raios

Usa-se em circuitos mltiplos anis separadores como amortecedores a cada 50 m

Espaadores Usados junto s estruturas para separar os condutores mltiplos

Geralmente utilizados em conjunto com os amortecedores

Contrapeso

Tem a funo de diminuir a resistncia de aterramento das estruturas, a fim de seobter melhor desempenho, quando a linha est sujeita a surtos atmosfricos

So de ao ou do tipo Copperweld, enterrados no solo e conectados s estruturas

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Estruturas

Servem para suporte dos condutores e cabos pra-raios,mantendo uma distncia mnima entre condutores e o solo

Materiais mais utilizados Ao

Concreto

Madeira

Trelia de ao galvanizado

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Disposio Horizontal: Disposio Vertical:

Disposio Triangular:

230/345/500/765kV Distribuio Primria13,8/34,5kV Distribuio

Secundria

220/127V

Circuito

Simples

138kV

Circuito

Duplo

138kV

Circuito

Simples

138kV



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Estruturas

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Escolha da Tenso de Funcionamento

Dados bsicos para a escolha Potncia a transmitir

Distncia a vencer

A tenso de transmisso pode tambm ser um dado a mais Interligao entre dois pontos j existentes

Caso exista a possibilidade de escolha da tenso, ento um estudo deotimizao ter que ser realizado

Primeira Aproximao

a) Baseado no comprimentoNo leva em considerao a potncia

b) Baseado na potnciaNo leva em considerao o comprimento. Deve ser usada para tenses acima de 150 kV

c) Frmula de Still 46

kmkV

6,010 PV

10062,05,5 PLV

MWunidadeP

kVunidadeV

kmunidadeL

kWunidadeP

kVunidadeV



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d) Dimensionamento com base nas perdas As perdas por efeito joule e corona representam um nus na transmisso, reduz-se este

problema com o aumento da bitola do condutor, que por sua vez, aumenta o custo dainstalao inicial (custo de capital). Deve-se procurar o custo total mnimo

Ordem de grandeza do custo para uma linha de 230 kV

Condutores (30%), Suportes (50%), Isoladores (10%), Outros (10%)

Outra referncia para a escolha do nvel de tenso

Custo mnimo x MW transportado

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O custo total noaumenta com o dimetro

do condutor.

Ordem de grandeza do custo para uma

linha de 230 KV:

- Condutores: 30 %

- Suportes : 50 %

- Isoladores : 10 %- Outros : 10 %

P1 P2

69 KV

138 KV

230 KV

MW transportado

Outra referncia para a escolha do nvel de tenso: Custo mnimo x MW

transportado



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Potncia transmitida

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Custo de transmisso por kW transmitido para linhas de 345kV e 750 kV considerando comprimento da linha fixo

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Custos fixos/variveis

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Fim da aula

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