Comportamento Eletromecânico de uma Linha de Transmissão.

O comportamento eletromecânico de uma linha de transmissão dita diretamente as suas capacidades operativas. Os modelos para cálculo dos limites operacionais de uma linha, no que tange à temperatura máxima que o condutor pode atingir sem violar as distâncias verticais são adequadamente aplicados, quando do projeto e construção da linha. Entretanto, com o passar do tempo, requerem aferições específicas de campo no intuito de levantar e/ou comparar premissas adotadas que podem ter sido alteradas, ou por interferências de terceiros, ou por distorções ambientais presentes. Uma outra situação aferida é a possibilidade de incorreções no modelo adotado ou em critérios construtivos.

Através da aplicação de instrumentações específicas, em levantamento de campo, é possível aferir as alturas dos condutores, na ocasião do levantamento e inferir se tais alturas estão compatíveis com os critérios de segurança, quando da operação da linha em seu limite térmico [1]. Tal metodologia permite expressar os limites operacionais em uma curva similar à apresentada na Figura 1.

Figura 1 – Curva de carga de uma linha de transmissão

As correções eventuais de alturas requeridas estão diretamente associadas à recuperação da ampacidade nominal da linha para que ela possa operar em seu limite térmico nominal (refurbishment), enquanto a busca de um perfil de alturas maiores do que as definidas no projeto da linha está associada ao aumento da ampacidade nominal (uprate).

Para proceder à aferição dos limites de carregamento de uma linha, já em operação, os levantamentos de campo podem ser realizados de forma expedita e simplificada em relação aos processos tradicionais associados a levantamentos topográficos. Podem ser realizados, quando de inspeções terrestres rotineiramente realizadas para se aferir o estado da linha de transmissão. Os procedimentos ora descritos visam definir as diretrizes necessárias a se estabelecer, de uma forma padronizada e uniforme, os limites de carregamento em linhas aéreas de transmissão.

Para subsidiar as simulações computacionais posteriores, devem ser levantados, por vão e por fase, as seguintes informações: a menor distância vertical do condutor ao solou ou obstáculo; a menor distância vertical entre condutores, no caso de travessia linha – linha e a distância do vértice da catenária ao solo. Para cada um dos pontos levantados, devem ser medidas também as distâncias horizontais do ponto à estrutura mais próxima.

Os tipos de travessia devem ser identificados/codificados em consonância com o que estabelece as normas técnicas [2]. A título de exemplo, na Tabela 1, é registrada codificação já praticada [1], [3].

Tabela 1 – Exemplo de codificação de tipos de travessia

Quando do levantamento de campo são necessários, ainda, os seguintes registros: data e hora em que o levantamento foi realizado; registro da temperatura ambiente e registro da leitura da corrente de carga da linha, quando do levantamento. São necessários basicamente os seguintes equipamentos para a realização do levantamento de campo: vara telescópica; termômetro; trena e relógio.

Os dados levantados permitem a utilização de modelos de cálculo da temperatura do cabo condutor, a qual depende das condições ambientais e operacionais reinantes [4], [5], [6], conforme ilustração contida na Figura 2. Ressalta-se que, mesmo com a disponibilidade de termovisores, a metodologia mantém o uso dos modelos de cálculo para inferir, também, a temperatura do cabo, quando do levantamento de campo, devido a dois motivos: minimização dos custos envolvidos e a imprecisão da temperatura absoluta obtida por esses equipamentos, os quais são precisos na aferição de temperaturas referenciais (ponto observado em relação ao corpo adjacente).

Figura 2 – Ilustração das interferências ambientais no equilíbrio térmico do condutor.

A inferência de variações da altura dos condutores, nos pontos específicos levantados é possível, através de formulações tradicionais do comportamento mecânico de cabos condutores suportados em dois pontos [7], conforme ilustração contida na Figura 3.

Figura 3 – Ilustração para cálculo das variações de altura em pontos específicos da linha.

Nesta figura, pode ser demonstrado que a variação de altura é obtida por:

Onde:

Sendo:

X – Distância do ponto crítico do vão à estrutura mais próxima em m;

teta ₁ – Temperatura inicial do condutor em ^oC;

teta ₂ – Temperatura final do condutor em ^oC;

a – Vão da LT em m;

P – Peso condutor por unidade de comprimento em Kgf/ m

Para o cálculo dos novos valores da tração, após a dilatação térmica do condutor, é utilizada a “equação de mudança de estado” dada por:

Onde:

T_O1 – Tensão de esticamento em Kgf à temperatura teta₁ em ^oC;

T_O2 – Tensão de esticamento em Kgf à nova temperatura teta₂ em ^oC;

v – Velocidade do vento em m/s;

d – Diâmetro do condutor em m;

S – Área total da seção do cabo em m²;

P₁ – peso unitário do cabo em Kgf/m;

A – Vão básico da LT em m;

E – Módulo de elasticidade em Kgf/mm²;

e – Alongamento calculado em m/m;

a – Coeficiente de dilatação térmica do material em 1/^oC;

P₂ – Peso virtual do cabo (com vento) em Kgf/m – na ausência de vento P₂=P₁;

F_v – Esforço do vento transversal ao condutor em Kgf/m.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Mais detalhes sobre o comportamento eletromecânico de linhas de transmissão podem ser encontrados no livro “Recapacitação de Linhas Aéreas de Transmissão – Desenvolvimento Sustentável do Sistema Elétrico”, ilustrado na Figura 4, o qual pode ser encontrado nas seguintes livrarias/editoras:

• Editora Blucher – https://www.estantevirtual.com.br/cliquebooks/pessoa-ligia-veronica-genesio-recapacitacao-de-linhas-aereas-de-transmissao-desenvolvimento-sustentavel-do-sistema-eletrico-3644396776?show_suggestion=0
• Livraria Jaqueira – livrariajaqueira.com.br
• Amazon – https://www.amazon.com.br/dp/6555064188?ref_=cm_sw_r_apan_dp_M52QKPC1VZHB03M61KT2

No livro, além de uma abordagem mais ampla sobre o tema, é possível encontrar algoritmos computacionais para agilização dos cálculos envolvidos, além de uma extensa literatura sobre técnicas de recapacitação e correção da ampacidade da linha de transmissão.

Referências Bibliográficas

[1] Bezerra, J.M.B.; LIBERATO, J. A. L. ; EDUARDO, J.V. . APLICAÇÃO DE PROCESSOS SEMI-PROBABILÍSTICOS NA DEFINIÇÃO DE LIMITES DE CARREGAMENTO DE LTS EM CONDIÇÕES NORMAIS E DE EMERGÊNCIA.. In: IX Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica, 1987, Belo Horizonte. Anais do IX-SNPTEE-GLT, 1987.

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

[3] Bezerra, J.M.B.; RAMOS, F. ; RÉGIS JR, O. . Refurbishment of Transmission Lines, Costs and Benefits, Economic Decision. In: XII CEPSI – CONFERENCE ON ELECTRIC POWER SUPPLY INDUSTRY, 1998, Nonthaburi, 1998.

[4] House, H. E.; Tuttle, P. D. Current-Carrying Capacity of ACSR. Power Apparatus and Systems, Part III. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. v. 77, n. 3, p. 1169-1173, abr. 1958.

[5] Morgan, V. T. The Thermal Rating of Overhead-Line Conductors Part I: The Steady-State Thermal Model. Electric Power Systems Research. n. 5, p. 119-139, 1982.

[6] IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature of Bare Overhead Conductors, IEEE Std 738-2006 (Revision of IEEE Std 738-1993). 2007.

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