Concepção e Operação de Linhas de Transmissão

Nos estudos de um sistema de potência surge a necessidade de geração e transmissão da energia elétrica no sentido de atendimento às diversas demandas por este insumo essencial à sociedade moderna, conforme exemplo ilustrativo registrado na Figura 1.

Nesse contexto, as distâncias entre a fonte de geração e os centros de consumo nem sempre são pequenas, caracterizando a necessidade de linhas extensas e de elevadas classes de tensão. Esses estudos envolvem ações detalhadas de: planejamento, projeto, construção e comissionamento, até se chegar às fases de operação, manutenção e monitoração propriamente ditas. O passar dos anos pode levar a linha concebida à submissão de processos de recapacitação, diante da superação dos seus limites operacionais.

A etapa de planejamento envolve principalmente as seguintes subetapas: escolha do traçado (vide a Figura 2), estudos de impacto ambiental, definição da classe de tensão, estudos da geometria da torre, escolha do condutor e definição do limite térmico.

Já a etapa de projeto procura detalhar as diversas premissas básicas levantadas no planejamento, conforme ilustração feita na Figura 3, incorporando as seguintes sub-etapas: levantamento topográfico, projeto de locação das torres, definição de alturas, projetos de fundações, ferragens, acessórios e aterramento.

A etapa de construção, por outro lado, busca concretizar o projeto concebido, executando as subetapas relacionadas com a execução das fundações, montagem das torres, lançamento dos condutores, nivelamento e fixação dos mesmos e, finalmente, numeração das torres e sinalização. Ao final da construção, se inicia etapa precursora da operação, a qual recebe o nome de comissionamento. Nesta etapa, são aferidas as conformidades da linha de transmissão com o projeto e, principalmente, o atendimento aos critérios de mantenabilidade da nova instalação, ressaltando-se as seguintes verificações: distâncias de segurança, posicionamento das cadeias de isoladores, escalonamento das estruturas, limpeza da faixa de servidão e estradas vicinais de acesso às estruturas.

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Não obstante todos esses passos criteriosamente cumpridos a linha pode ser objeto de acidente, levando ao colapso no fornecimento de energia elétrica a diversos consumidores. Esse tipo de sinistro foi vivenciado por empresa de energia elétrica da Região Sudeste do Brasil, registrado na Figura 4. Ressalva-se que este caso foi ocasionado por condições atmosféricas atípicas superiores aos critérios normativos considerados no projeto e construção da linha de transmissão.

Na etapa de operação é importante a identificação e atendimento aos diversos limites que a linha possui, agrupados em sistêmicos, econômicos e físicos. A linha é um equipamento “rebelde”, requerendo cuidados especiais na sua operação. As limitações sistêmicas estão associadas às condições impostas pela carga elétrica demandada pela linha. Caso a demanda seja muito baixa (carga leve), a tensão tende a se elevar, desde o terminal emissor até o terminal receptor, devido ao Efeito Ferranti (a linha se torna muito capacitiva). Caso a demanda seja muito grande (carga pesada) a linha será submetida a uma queda de tensão. Esses dois casos podem ser compensados por reatores em paralelo e bancos de capacitores em série, respectivamente, de tal forma a atender às restrições normativas do Setor Elétrico (a queda ou aumento de tensão não deve ser superior a 5%). Um outro aspecto a ser considerado se refere à perda de estabilidade, na qual a defasagem entre os fasores tensão do lado emissor e receptor não deve ser superior a 45 graus (valor típico, o qual depende da inércia da máquina supridora de energia). Essa compensação também pode ser realizada através de bancos de capacitores em série, nos dias atuais exaustivamente aplicados. Vale ressaltar que a perda de estabilidade leva à perda de sincronismo entre as barras e, consequentemente, ao não atendimento à carga demandada [2] [3].

Por outro lado, o limite econômico está relacionado com a condição em que a linha venha a transmitir uma potência menor ou maior do que a sua potência natural. Esse valor referencial assegura o atendimento à demanda com menores perdas. Representa um estado operacional ótimo, no qual as perdas associadas ao suprimento dos campos elétricos e magnéticos da linha são zeradas. Nesse estado, ocorre uma espécie de ressonância paralela entre os componentes indutivos e capacitivos da linha. Essa é uma condição operacional que deve ser considerada na otimização do fluxo de carga do sistema de potência.

Já os limites físicos estão relacionados com o limite térmico da linha de transmissão e o limite térmico do cabo condutor. No primeiros caso, são fundamentais os atendimentos às distâncias de segurança preconizadas pelas normas, conforme ilustrado na Figura 5. No segundo caso o foco é o cabo condutor para que não ocorra recozimento do mesmo, levando à perda de suas características elásticas.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

No próximo post serão abordados os aspectos relacionados com a manutenção, monitoração e recapacitação da linha de transmissão.

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BIBLIOGRAFIA

[1] Fuchs, Rubens Dario e Almeida, Márcio Tadeu, Projetos Mecânicos das Linhas Aéreas de Transmissão, Editora da Escola Federal de Engenharia de Itajubá. 2005.

[2] Fuchs, Rubens Dario, Transmissão de Energia Elétrica, Livros Técnicos e Científicos S. A. Editora EDUFU UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA. 2015.

[3] ELGERD, O.I. Electric Energy Systems Theory: An Introduction. McGraw-Hill Book Company.1971.

LEITURAS RECOMENDADAS

Kalaga S., Yenumula P. Design of Electrical Transmission Lines Structure and Foundations. CRC Press. UK. 2017.

Olsen R. G. Hogh Voltage Overhead Transmission line Electromagnetics. Vol.1 and 2. USA. 2018.

Farzaneh M., Farokhi S., Chisholm W. A. Electrical Design of Overhead power transmission Lines. McGraw-Hill Copanies. USA. 2013.

CIGRE, Overhed Lines Green Books. Springer International Publishing. Switzerland. 2017.

D’AJUZ, A. Transitórios Elétricos e Coordenação de Isolamentos. Universidade Federal Fluminense-Editora Universitária. 1987.

EPRI. Transmission Line Reference Book 345 kV and Above. Electric Power Research Institute.1975.

GORUR, R.S; Cherney, E.A; Burnham, J.T. Outdoors Insulators. Ravi S. Gorur, Inc. 1999.

PROJECT EHV. EHV Transmission Line Reference Book. Edison Electric Institute. 1968.

ABNT. Projeto de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia Elétrica – Procedimento. NBR-5422. 1986.