Formas Alternativas de Transmissão de Energia Elétrica

Alternativamente à transmissão aérea trifásica, em corrente alternada, existem outras formas de transmissão de energia elétrica. Esse post abordará a transmissão em corrente contínua e a transmissão polifásica de ordem superior, fazendo uma análise comparativa e externando as vantagens e desvantagens de cada uma delas.

TRANSMISSÃO EM CORRENTE CONTÍNUA

Essa forma requer uma conversão de CA para CC no transmissor da linha e sua inversão (CC para CA) junto ao receptor. O sucesso desse esquema ficou na dependência do desenvolvimento de conversores adequados. Vários equipamentos foram testados até se chegar aos modernos retificadores e inversores que empregam SCR – Retificadores Controlados de Silício. A transmissão em corrente contínua abrange três esquemas específicos [1]:

  • Transmissão monopolar;
  • Transmissão bipolar; e
  • Transmissão homopolar.

A transmissão monopolar representa a sua forma mais simples, possui apenas um condutor metálico e emprega o solo como retorno, conforme ilustração contida na Figura 1. Requer menor investimento e possui a mesma confiabilidade que um circuito de uma linha trifásica em corrente alternada convencional. O condutor pode ser de polaridade (+) ou (-), entretanto, a polaridade (-) é preferida.

Figura 1 – Ilustração do esquema de transmissão monopolar [1].

Já no caso da transmissão bipolar, são empregados dois condutores, um para cada um dos polos, conforme ilustração contida na Figura 2. Esse esquema possui dois conversores ligados em série, no lado de corrente contínua e aterramento de ambos os neutros, incorporando, dessa forma, dois polos independentes. Equivale, em confiabilidade, a uma linha trifásica dupla.

Figura 2 – Ilustração do esquema de transmissão bipolar [1].

Por outro lado, na transmissão homopolar, são utilizados dois ou mais condutores de mesma polaridade, em geral negativa, conforme ilustração registrada na Figura 3. Caso um dos condutores falhe, o conversor fica disponível para operar com mais da metade da potência total. Oferece vantagens em relação ao esquema anterior, por serem menores as perdas.

Figura 3 – Ilustração do esquema de transmissão homopolar [1].

Algumas das vantagens da transmissão em correte contínua são listadas a seguir:

  • torna econômica e tecnicamente viável a transmissão a distâncias relativamente grandes;
  • permite interligar sistemas de frequências diferentes;
  • para uma mesma potência transferida, uma linha bipolar CC, com o mesmo nível de isolamento de uma linha CA e condutores de mesma bitola, necessita apenas de 2/3 da quantidade de cabos e 2/3 do número de isoladores em relação a LT em CA;
  • o solo representa um ótimo condutor para a CC. Pode substituir os condutores em regime normal ou em contingências;
  • a CC não conhece, em regime permanente, a indutância e a capacitância, portanto uma mesma intensidade de corrente produz, em condutor idêntico, uma queda de tensão menor do que uma corrente CA de mesma intensidade;
  • o condutor possui, à CC, uma resistência bem menor do que a CA, pela ausência dos efeitos pelicular e de proximidade, o que permite uma transmissão mais econômica;
  • ocorrendo um curto-circuito em um dos circuitos CA, a linha CC não contribui para aumentar as correntes de curto-circuito;
  • o controle de fluxo da energia entre dois sistemas interligados é relativamente fácil, através do controle do equipamento conversor;
  • do ponto de vista ambiental, uma linha de corrente contínua utiliza uma faixa de passagem bem menor do que a sua equivalente em corrente alternada, conforme ilustração contida na Figura 4.

Figura 4 – Estruturas típicas para transmissão em corrente contínua e corrente alternada equivalentes [2].

Por outro lado, as desvantagens da transmissão em corrente contínua podem ser resumidas da seguinte forma:

  • os conversores são muito caros e seu controle tende a ser complexo;
  • além disso, eles requerem muita energia reativa, exigindo a instalação de grandes bancos de capacitores, conforme encontra-se ilustrado na Figura 5;
  • geram harmônicos, tanto do lado CC, como do lado CA, exigindo a instalação de filtros para evitar a sua propagação;
  • a ausência de disjuntores de AT e em EAT para CC limita a possibilidade de se construir redes multi-terminais em CC;
  • esses aspectos restringem a operação das linhas CC a sistema ponto-a-ponto.

Figura 5 – Casa de válvulas [2].

As características do sistema de transmissão em corrente contínua, restringem a sua aplicação, basicamente aos seguintes casos [1]:

  • linhas com cabos subaquáticos com comprimentos maiores do que 35 km;
  • para interligação de sistemas, principalmente de diferentes frequências;
  • para transmitir potências elevadas através de longas distâncias;
  • alimentadores CC subterrâneos em áreas urbanas – uso de cabos “criogênicos” que possuem baixas perdas e quedas de tensão em CC, podendo transmitir correntes elevadas com baixas tensões.

TRANSMISSÃO POLIFÁSICA DE ORDEM SUPERIOR

Nas linhas trifásicas, a densidade de potência por área de seção transversal é, em geral, relativamente baixa, levando a um baixo fator de utilização das faixas de servidão. À medida que a demanda cresce, são exigidas novas linhas de capacidade de transmissão mais elevada, levando a se empregar linhas com níveis de tensão mais altos, de maior porte, agravando ainda mais o problema do fator de utilização da faixa. A transmissão polifásica, neste contexto, oferece uma combinação de vantagens, o que a torna especialmente recomendada para linhas que devem ocupar faixas de servidão estreitas.

As vantagens da transmissão polifásicas podem ser resumidas da seguinte forma [1]:

  • permitem maiores densidades de potência na sua seção transversal, menores gradientes de potencial nos condutores, portanto, menor atividade de corona e suas consequências;
  • suas dimensões reduzidas permitem que sejam mais estéticas.

As questões relacionadas à menores gradientes de potencial nos condutores podem ser visualizadas na Figura 6, na qual observa-se que os valores das tensões fase-terra, em um sistema trifásico passa a ser igual às tensões fase-fase, em um sistema hexa fásico, por exemplo.

Figura 6 – Ilustração dos fasores de tensão para os sistemas trifásicos e hexa fásicos [1].

A transformação para o sistema hexa ou dodeca fásico, a partir de um sistema trifásico e vice-versa, é possível através de transformadores, conforme ilustrações contidas na Figura 7.

Figura 7 – Ilustração da transformação de sistemas [1].

Prevê-se que as linhas hexa e dodeca fásicas sejam aceitas, no futuro, como alternativas para as linhas de tensões ultra elevadas.

A TRANSMISSÃO EM CORRENTE CONTÍNUA NO BRASIL

O primeiro uso de transmissão em corrente continua, no Brasil, teve o propósito de interligar dois sistema de geração em diferentes frequências (50 e 60 Hz). O Elo de Corrente Contínua tornou-se necessário porque a energia produzida no setor de 50 Hz de Itaipu não pode se integrar diretamente ao sistema brasileiro, onde a frequência é 60 Hz. A energia produzida em 50 Hz em corrente alternada é convertida para corrente contínua e escoada até Ibiúna (SP), onde é convertida novamente para corrente alternada, mas agora em 60 Hz [3].

O sistema de transmissão é formado por duas linhas de ±600 kV, com extensão de aproximadamente 810 km, entre as subestações de Foz do Iguaçu (PR) e Ibiuna (SP). A conversão CA/CC é feita através de oito conversores em cada subestação, cada dois formando um polo, que compõem os dois bipolos em ±600 kV, sendo transmissão realizada através de quatro linhas, uma em cada polo. Esse sistema começou a operar em 1984 [3].

Um segundo sistema de transmissão em corrente contínua entrou em operação em 12 de dezembro de 2017. Com 2.092 quilômetros de extensão, constitui a maior linha de transmissão em corrente contínua da América Latina. A linha de transmissão tem tecnologia inédita no Brasil com ultra-alta tensão de 800 kV, permitindo o transporte de energia com redução de perdas. Cruza os estados do Pará, Tocantins Goiás e Minas Gerais. Permite o escoamento da energia produzida na Usina Hidroelétrica Belo Monte para as cargas localizadas nos sub mercados do Sudeste e do centro-oeste [4].

Um grande desafio associado a esse empreendimento é o controle de tensão nos terminais e nas barras das subestações adjacentes. O consumo de potência reativa pelo bipolo para potências elevadas é superior a potência reativa fornecida pelos filtros, solicitando potência reativa do SIN e reduzindo a tensão. Por outro lado, para potências
reduzidas, o fornecimento de reativo pelos filtros é superior ao consumo dos bipolos. Neste caso, há uma elevação da tensão. O desafio é operar o bipolo em uma faixa de potência em que o balanço de reativo entre o bipolo e o sistema seja favorável ao controle de tensão, considerando a disponibilidade de geração e respeitando os limites estabelecidos. Além disso, é importante maximizar a transferência de energia pelo bipolo para reduzir as perdas na transmissão [5].

Outra análise importante, como alternativa à transmissão em corrente contínua, foi feita com o foco voltado para a possibilidade de implementar a transmissão AC em meia onda. Essa tecnologia, ainda não utilizada comercialmente em país algum do mundo é uma alternativa sugerida na bibliografia como adequada à transmissão em longas distâncias [6].

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste post foram abordadas as vantagens e desvantagens das formas alternativas de transmissão de energia elétrica, em relação à transmissão trifásica convencional. Foram abordadas, também, as aplicações básicas de cada uma das tecnologias enfocadas. Observou-se, ainda, as utilizações da transmissão em corrente contínua, no Brasil. Faz-se, aqui, a ressalva de que a aplicação dessa tecnologia para escoar a energia gerada na Usina Hidroelétrica Belo Monte foi objeto de vários embates tecnológicos. As polêmicas surgiram diante da possibilidade de se implantar a transmissão AC em meia onda, fazendo-se seccionamentos intermediários, ao longo da rota de mais de 2000 km. Essa opção beneficiaria o desenvolvimento econômico-social das regiões atravessadas. A decisão foi tomada pela transmissão em corrente contínua, face aos fortes clamores econômicos da região beneficiada, na ponta final do percurso. Fica o anseio de que futuras decisões similares ponderem mais adequadamente as questões sociais envolvidas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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

[2] https://www.siemens-energy.com/global/en.html, consulta em 08/03/2023.

[3] https://www.itaipu.gov.br/energia/integracao-ao-sistema-brasileiro, consulta em 09/03/2023.

[4] https://www.canalenergia.com.br/noticias/53045079/linhao-de-belo-monte-entra-em-operacao. consulta em 09/03/2023.

[5] ANA BARBARA FERNANDES NEVES(1); BERNARD FERNANDES KÜSEL(1); DELFIM MADURO ZARONI(1); EDINOEL PADOVANI(1); GUILHERME PEREIRA DE MELO AMBONI(1); KLEBER MELO E SILVA(2); ROBERTO LUIZ BERNARDO DA SILVA(1); ONS(1);UnB(2). “Desafios na operação dos Bipolos ±800 kV Xingu/Estreito e Xingu/Terminal Rio”. XXV SNPTEE -SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Belo Horizonte. 2019.

[6] Santos M. L. Transmissão de Energia Elétrica em Meia-onda e em Corrente Contínua – Análise Técnico-Econômica. Tese de Doutorado. USP. São Paulo. 2012

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