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Componentes de Linhas de Transmissão

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Apresentação em tema: "Componentes de Linhas de Transmissão"— Transcrição da apresentação:

1 Componentes de Linhas de Transmissão
Universidade Federal de Itajubá Componentes de Linhas de Transmissão Prof.: Robson Celso Pires

2 CONDUTORES, CABOS ISOLADOS E CABOS PÁRA-RAIOS

3 CONDUTORES, CABOS ISOLADOS E CABOS PÁRA-RAIOS
Condutores ideais para linhas aéreas de transmissão, são aqueles que apresentam as seguintes características: - alta condutibilidade elétrica; - baixo custo; - boa resistividade mecânica; - baixo peso específico; - alta resistência à oxidação e a corrosão por agentes químicos poluentes. Cabos: Podem ser constituídos de alumínio, cobre, aço ou ligas. Para linhas de Extra-Alta Tensão, os cabos CAA (alumínio com alma de aço), e variantes, são economicamente viáveis. Em linhas aéreas, estes cabos são instalados nus, de forma a maximizar a ampacidade (determinada pelo equilíbrio térmico).

4 Cabos de Alumínio nu com alma de aço – CAA ACSR (ALUMINUM CONDUCTOR STEEL REINFORCED )
Condutor formado por uma alma de aço e coroas de fios de alumínio. APLICAÇÕES: É muito usado em linhas de transmissão aéreas e também em linhas de distribuição primária e secundária.

5 Cabos de Alumínio nu com alma de aço - CAA
Os cabos de alumínio com alma de aço seguem a Norma Brasileira (ABNT) NBR 7270 – cabos de alumínio com alma de aço para linhas aéreas e “ASTM B 232 Concentric-lay-stranded Aluminum Coated-Steel Reinforced (ACSR)”. Formação do Cabo condutor CAA – 30 fios de alumínio (Coroa com duas camadas) e 7 fios de aço (Alma)

6 CABOS DE ALUMÍNIO (CA) ALUMINUM STRANDED CONDUCTOR (ASC)
Os cabos de alumínio, são compostos por fios de alumínio 1350, encordoados em coroas concêntricas e pode ser fornecido em diversas classes de encordoamento e têmperas para melhor satisfazer as exigências de aplicação. São utilizados em linhas de transmissão de energia

7 CABOS DE ALUMÍNIO (CA) ALUMINUM STRANDED CONDUCTOR (ASC)
Os cabos de alumínio seguem a Norma Brasileira (ABNT) NBR cabos de alumínio para linhas aéreas (CA) e “ASTM B 231 concentric-lay-stranded aluminum 1350 conductors (ASC)”.

8 CABO ACCR (Aluminum Conductor Composite Reinforced) Condutor de Alumínio Reforçado por Compósito
Peso 30% inferior, capacidade de conduzir até três vezes mais corrente e rapidez no processo de instalação, quando comparados aos condutores convencionais em alma de aço -, pois dispensam a construção de novas torres. A aplicação do 3M ACCR é indicada nos casos de recondutoramento das linhas de transmissão, ou seja, substituição dos atuais cabos visando o aumento de capacidade de condução de corrente elétrica, e também na aplicação em linhas de vãos longos, como é o caso de cruzamento de rios e lagos.

9 CABO ACCR (Aluminum Conductor Composite Reinforced) Condutor de Alumínio Reforçado por Compósito

10 Aluminum Conductor Alloy Reinforced (ACAR)
São cabos de construção idêntica à dos cabos CAA, exceto pela alma, que nesse caso será composta de fios de liga de alumínio, ao invés de aço.

11 All Aluminium Conductors (AAC)
São cabos homogêneos compostos de fios iguais em ligas de alumínio, de diversas composições

12 Condutores tubulares e expandidos
Reduz os gradientes de potencial nas superfícies dos condutores e com isso aumentar o valor da tensão crítica de Corona dos cabos;

13 CABOS DE COBRE NU APLICAÇÃO: Os cabos de cobre nu são recomendados para instalações de aterramento e em sistemas elétricos aéreos de transmissão e distribuição, onde é requerida alta condutividade.

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15 Cabos Pára-Raios Ocupam a parte superior das estruturas e se destinam a interceptar descargas de origem atmosférica e descarregá-las para o solo, evitando que causem danos e interrupções nos sistemas.

16 Cabos pára-raios com fibras ópticas para linhas aéreas de transmissão - OPGW: Optical Ground Wire
Função adicional dos cabos pára- raios OPGW: suportar feixe de FO. Vista do Cabo OPGW

17 Seção típica do Cabo OPGW
Cabos pára-raios com fibras ópticas para linhas aéreas de transmissão - OPGW: Optical Ground Wire Estrutura dos Cabos OPGW: 01- Elemento Central de Tração 02-Tubete Plástico 03-Fibra Óptica 04-Composto de Preenchimento 05-Enfaixamento 06-Tubo de Alumínio 07-Fios de Alumínio Seção típica do Cabo OPGW Cabo Pára-Raios Convencional OHGW: Overhead Ground Wire

18 Cabos pára-raios com fibras ópticas para linhas aéreas de transmissão - OPGW: Optical Ground Wire
Confiabilidade do cabo OPGW As redes de longa distância que são construídas utilizando cabos ópticos OPGW instalados nas linhas de transmissão de alta tensão têm baixo índice de acidentes. Confiabilidade do OPGW é cerca de 20 x mais seguro que cabos enterrados. A rede Óptica da Eletrobrás conta com km de cabos em operação em 18 estados brasileiros, quase que totalmente em cabos ópticos OPGW.

19 Cabos Alumoweld e Copperweld
Cabos Pára-Raios Cabos Alumoweld e Copperweld Seus filamentos são obtidos pela extrusão de uma capa de cobre ou de alumínio Sobre um fio de aço de alta resistência. Cabos Copperweld Cabos Alumoweld

20 Cabos Isolados

21 Cabos Isolados

22 ESTRUTURAS As estruturas constituem os elementos de sustentação dos cabos das linhas de transmissão. Terão tantos pontos de suspensão quanto forem os cabos condutores e cabos pára-raios a serem suportados. Suas dimensões e formas dependem, portanto, de diversos fatores, destacando-se: disposição dos condutores, distância entre condutores, dimensões e formas de isolamento, flechas dos condutores, altura de segurança, função mecânica, forma de resistir, materiais estruturais, número de circuitos, etc.

23 1 - Disposição dos condutores
a) Disposição Triangular – Os condutores estão dispostos segundo os vértices de um triangulo, que poderá ser eqüilátero ou outro qualquer. No primeiro caso, diz-se que a disposição é eletricamente simétrica, no segundo assimétrica. Disposição triangular eletricamente assimétrica Disposição triangular eletricamente simétrica

24 Disposição Horizontal
b) Disposição Horizontal – Os condutores são fixados em um mesmo plano horizontal. Sua principal vantagem reside em permitir estruturas de menor altura para um mesmo condutor e vão do que as demais disposições, porém exige estruturas mais largas. É a disposição preferida para linhas a circuito simples, para tensões elevadas e extra-elevadas. Disposição Horizontal

25 Disposição Horizontal

26 Disposição Horizontal

27 c) Disposição Vertical –
É a disposição preferida para linhas a circuito duplo e para linhas que acompanham vias públicas. Nestas, os condutores se encontram montados em um plano vertical. Disposição vertical

28 Disposição vertical

29 Disposição vertical

30 2) - Forma de resistir dos condutores
As estruturas de linhas de transmissão sofrem três solicitações diferentes: solicitação axial vertical, horizontal transversal e horizontal longitudinal. Uma estrutura pode ser, portanto, considerada como uma viga vertical engastada no solo, com cargas verticais e cargas transversais horizontais, concentradas na parte superior da mesma. As cargas horizontais, que provocam momentos elevados na linha de engastamento, são preponderantes no seu dimensionamento. Daí decorre a classificação das estruturas em dois grupos, quanto ao seu comportamento face a essas cargas: estruturas autoportantes e estruturas estaiadas.

31 Estrutura autoportante
Estruturas autoportantes – São estruturas que transmitem todos os esforços diretamente para as suas fundações, comportando-se como vigas engastadas verdadeiras, como elevados momentos fletores junto à linha de solo. Estrutura autoportante

32 b) Estruturas estaiadas –
São normalmente estruturas flexíveis ou mistas que são enrijecidas através de tirantes ou estais. Os tirantes absorvem parte dos esforços horizontais, transmitindo-os diretamente ao solo através de âncoras. Outra parte dos esforços é transmitida axialmente pela estrutura. As estruturas estaiadas, até há bem pouco tempo, tinham emprego limitado às linhas com estruturas de madeira ou concreto e tensões até cerca de 230 kV. Mais recentemente foram introduzidas estruturas metálicas estaiadas para tensões até 750 kV.

33 Estrutura estaiada

34 FERRAGENS São representadas pelo conjunto de peças que devem suportar os cabos e ligá-los às cadeias de isoladores e estas às estruturas. No conjunto, o seu desenho é de extrema importância, mesmo em detalhes mínimos, pois podem constituir-se fontes Corona e importantes fontes de radiointerferência, mesmo com tensões relativamente baixas.

35 Cadeias de Suspensão As cadeias de isoladores devem suportar os condutores e transmitir aos suportes todos os esforços destes. Na parte superior devem possuir uma peça de ligação à estrutura, em geral um gancho ou uma manilha, e, na parte inferior, terminam em uma pinça (ou grampo de suspensão), que abraça e fixa o cabo condutor.

36 Cadeia de Suspensão Simples
Tensão 69/138/230 kV Item Quantidade Descrição 1 Manilha 2 Elo-Bola 3 Concha-Olhal 4 Grampo de Suspensão Tabela 1 – Descrição dos itens indicados na Figura 1 Figura 1

37 Concha-Olhal com suporte 5 Chifre inferior 6 Grampo de Suspensão
Item Quantidade Descrição 1 Manilha 2 Elo-Bola com suporte 3 Cifre Superior 4 Concha-Olhal com suporte 5 Chifre inferior 6 Grampo de Suspensão Tabela 2 – Descrição dos itens indicados na Figura 2 Figura 2 Item Quantidade Descrição 1 Elo-Bola 2 Concha Garfo 3 Balancim Triangular 4 Manilha Reta 5 Grampo de Suspensão Tabela 3 – Descrição dos itens indicados na Figura 3 Figura 3

38 Cadeia de Suspensão Simples para 4 condutores
Tensão 500/750 kV Item Quantidade Descrição 1 Mancal Oscilante 2 Manilha 3 Elo-Bola 4 Conha-V 5 Concha-Olhal 6 Balancim 7 8 Grampo de Suspensão Tabela 4 – Descrição dos itens indicados na Figura 4 Figura 4

39 Cadeias de Ancoragem Suportam, além dos esforços que devem suportar as cadeias de suspensão, também os esforços devidos ao tracionamento dos cabos. Podem ser constituídas de uma simples coluna de isoladores, como também de diversas colunas em paralelo, dependendo da força de tração a que estão sujeitas. O elemento de fixação do cabo condutor é o grampo de tensão ou grampo de ancoragem, que deve ser dimensionado para resistir aos esforços mecânicos a que ficar sujeito, e ao mesmo reter o cabo, sem possibilidade de escorregamento.

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41 Cadeia de Ancoragem Simples
Tensão 69/139/230 kV Item Quantidade Descrição 1 2 Manilha Reta Elo-Bola 3 Concha Olhal 4 Grampo de Ancoragem Tabela 5 – Descrição dos itens indicados na Figura 5 Figura 5

42 Cadeia de Ancoragem Dupla
Tensão 69/139/230 kV Item Quantidade Descrição 1 Mancal Oscilante 2 Extensor 3 Balancim Triangular 4 Garfo Bola 5 Anel de Proteção Superior 6 Anel de Proteção Inferior 7 Concha Garfo 8 Manilha Reta 9 Elo Olhal 90 10 Grampo à Compressão Figura 6 Tabela 6 – Descrição dos itens indicados na Figura 6

43 Cadeia de Ancoragem Dupla
Tensão 500/750 kV Item Quantidade Descrição 1 2 Mancal Oscilante 11 Manilha 3 Extensão 4 Elo-Bola 5 Raquete 6 Conha-Garfo 7 Balancim 8 Anel 9 Prolongador Elo-Olhal 10 12 Tensor Olhal-Olhal 13 Grampo de Ancoragem Figura 7 Tabela 7 – Descrição dos itens indicados na Figura 7

44 ISOLADORES

45 Os cabos são suportados pelas estruturas através dos isoladores, que os mantêm isolados eletricamente das mesmas. Devem apresentar uma resistência mecânica adequada às solicitações (forças: verticais, horizontais axiais e horizontais transversais), rigidez dielétrica para suportar as solicitações (tensão normal e sobretensões). Existem isoladores de diversos tipos e com as mais variadas aplicações. São fundamentais na confiabilidade dos sistemas elétricos, pois os isoladores estão totalmente associados aos níveis de segurança dos sistemas. São fabricados em três tipos de materiais: porcelana, vidro e polímeros.

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47 Isoladores de porcelana
A porcelana possui uma resistência a condições adversas muito superior a dos demais dielétricos, não se erodindo, não se fragmentando e nem tão pouco perdendo suas características originais.

48 Isoladores de vidro Apresenta vantagem com relação a porcelana em seu desempenho termomecânico(fadiga ou envelhecimento). Após alguns anos são afetados pela umidade e por poluentes, danificando a superfície e reduzindo o nível de isolação. Em ambientes altamente poluídos e principalmente para corrente contínua utiliza-se a combinação de dois modelos: anti-corrosivo e anti-poluição, melhorando a isolação.

49 Isoladores poliméricos
São constituídos por um bastão (alma) de fibra de vidro, ao qual são fixadas as ferragens de conexão (concha, bola, elo e etc...) e, posteriormente, aplicado sobre esse conjunto o revestimento isolante em borracha de silicone, obtendo-se um isolador altamente confiável, compacto, leve, de grande resistência mecânica, elevada resistência às intempéries e com excelente vedação (imune à penetração de umidade no núcleo).   Cada material cumpre uma função específica no seu desempenho: Bastão de fibra de vidro  alta resistência mecânica; Revestimento de borracha de silicone  alta performance como isolante elétrico

50 Isoladores tipo pilar Mais usado para LT acima de 69kV. Apresenta melhor resistência a esforços mecânicos. Os isoladores pilar podem ser encontrados em quatro versões: montagem vertical, horizontal ou levantamento inclinado e com fixação para tensões mais baixas podem ser utilizados alternativamente para montagem vertical ou horizontal.

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52 TIPOS DE MONTAGENS DE ISOLADORES PILAR
Montagem vertical ou horizontal sem grampo Montagem vertical sem grampo Montagem vertical com grampo

53 Montagem horizontal com grampo
Montagem inclinada a 5º com base curva com grampo

54 CONFIGURAÇÕES TÍPICAS COM ISOLADORES PILAR
CIRCUITOS COM CABO TERRA

55 CIRCUITOS SEM CABO TERRA

56 ISOLADORES PILAR DE PORCELANA

57 ISOLADORES PILAR POLIMÉRICOS

58 Isoladores de suspensão
Os isoladores de suspensão constituem-se em um dos modelos mais versáteis para utilização em linhas de transmissão. Compondo cadeias, eles podem ser utilizados normalmente em média e alta tensão, mas são adaptáveis para tensões extra-elevadas e ultra-elevadas, dependendo apenas do número de isoladores em série. Além das variedades de tipos e classes mecânicas disponíveis, também é possível a montagem de duas ou mais cadeias em paralelo, para esforços mecânicos especialmente altos, grandes vãos ou cabos muito pesados. Há também tipos especiais para locais sujeitos a poluição muito severa.

59 ISOLADORES DE SUSPENSÃO GARFO-OLHAL TIPO ANSI

60 ISOLADORES DE SUSPENSÃO GARFO-OLHAL TIPO IEC

61 ISOLADORES DE SUSPENSÃO GARFO-OLHAL ANTI-POLUIÇÃO

62 ISOLADORES DE SUSPENSÃO CONCHA-BOLA TIPO ANSI

63 ISOLADORES DE SUSPENSÃO CONCHA-BOLA ANTI-POLUIÇÃO

64 ISOLADORES DE SUSPENSÃO CONCHA - BOLA TIPO IEC PERFIL ABERTO

65 Isoladores Especiais Isolador de suspensão tipo bastão (Langstab)
Os isoladores bastão ("long-rod") são alternativa válida, em montagem rígida, com engates garfo (campânula) e olhal redondo (pino), para cadeias de isoladores de ancoragem de vidro ou porcelana, com a vantagem de sua imperfurabilidade, do RIV (Tensão de Radio-Interferência) reduzida e do melhor desempenho sob poluição, nas tensões de 15 kV, 25 kV e 35 kV. Isolador de suspensão tipo suporte pedestal Os isoladores tipo pedestal ("cap-and-pin") são normalmente utilizados até 500 kV, em unidades empilhadas possuem alta resistência mecânica à flexão.

66 ACESSÓRIOS DE SINALIZAÇÃO
Esferas de sinalização aérea Sinalizadores de estais

67 Esferas de sinalização aérea
As esferas de sinalização aérea diurnas para redes elétricas são destinadas à sinalização visual para equipamentos de vôo tais como helicópteros, aviões, balões, etc., evitando assim a colisão desses aparelhos com sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica.

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69 Esferas de sinalização aérea especiais

70 Esfera de sinalização para cabos ópticos (OPGW e outros)

71 Esferas de sinalização para
instalação com linha energizada

72 Sinalizadores de estai
Os estais são cabos de aço, em número de quatro por estrutura, utilizados para dar equilíbrio e sustentação que em caso de rompimento pode causar a desestabilização e queda da torre. Esses cabos são usados em postes e estruturas metálicas de transmissão e distribuição de energia elétrica (alta e extra-alta tensão) e também em telecomunicações. Os sinalizadores de estais proporcionam perfeita visualização à distância, evitando acidentes, em áreas urbanas e áreas rurais, principalmente em regiões de agricultura mecanizada.

73 São fabricados em polietileno e são em forma de sistema helicoidal (Preto e Amarelo) ou sistema de seção espiral com abertura longitudinal (Laranja). A fixação ao cabo de aço é feita por meio de braçadeiras plásticas.

74 AMORTECEDORES Amortecedores tipo Ponte ou Bretelle
Amortecedor de Braço Oscilante Amortecedor Elgra Amortecedor Bouche Amortecedor Torcional Amortecedor Linear Amortecedor Stockbridge Amortecedor Dulmison ES-1, ES-2, Varispond Amortecedor Salvi 4-R Amortecedor Vibless Amortecedor Haro

75 Amortecedores Sua função é suprir as vibrações eólicas nas proximidades das fixações dos cabos. A suspensão das vibrações reduz os níveis de esforços dinâmicos no condutor e reduz também a quantidade de transmitida para a estrutura ou para os vãos adjacentes. Existe uma grande variedade de amortecedores. Citaremos somente aqueles que tenham realmente se destacado por sua eficiência ou tenham sido objeto de estudo e trabalhos de pesquisa.

76 Amortecedores tipo Ponte ou Bretelle

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78 Uma variante desse dispositivo é conhecida como festão
Uma variante desse dispositivo é conhecida como festão. É formado por vários laços de sobra do próprio condutor, conectados paralelamente ao mesmo O CIGRE concluiu após efetuar um estudo comparativo, concluiu que os amortecedores Bretelle foram claramente menos eficientes que os outros tipos.

79 Amortecedor de Braço Oscilante
Amortecedor Bouche

80 Amortecedor Elgra Consiste em discos de ferro e neoprene, com furos centrais, dispostos alternadamente sobre uma haste cilíndrica articulada. O impacto entre as massas provoca dissipação de energia. No Brasil são usados em grandes extensões de linhas de transmissão, tendo, em algumas, mais de 10 anos de serviço.

81 Amortecedor Torcional
Muito usado no Canadá Ensaios experimentais afirmam que o uso de dois amortecedores torcionais por vão, fornece mais amortecimento que o necessário, possibilitando uma adequada proteção contra falhas por fadiga provinda de vibrações eólicas

82 Amortecedor Linear

83 Amortecedor Stockbridge

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85 Amortecedor Dulmison ES-1 ES-2 Vasrispond

86 Amortecedor Salvi 4-R Amortecedor Vibless

87 Amortecedor Haro

88 LINHAS DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA NATURAL ELEVADA

89 Potência natural Para linhas longas, usualmente de extra-alta tensão, o limite de transmissão, tende para a potência natura, ou potência característica da linha. Este valor equivale a uma absorção total da energia por uma carga com fator de potência unitário que esteja demandando esta potência. Neste regime toda a energia reativa gerada pela linha é consumida pela própria.

90 Uma forma de aumentar a capacidade de transmissão é elevar a tensão nominal da linha, outra maneira é compensando a linha, anulando desta forma, parcialmente, seus valores de capacitância e indutância. Os valores de indutância e capacitância são basicamente determinados pela posição dos cabos das fases. Quanto maior a capacitância, ou menor a indutância, menor a impedância de surto e maior a potência característica. Uma linha pode ter sua potência natural elevada, otimizando desta forma sua capacidade de transmissão para longas distâncias.

91 Potência natural elevada
Originária da Rússia, a Linha de Potência Natural Elevada, foi trazida para o Brasil em Para que a técnica se adaptasse ao Brasil, foram necessários alguns anos de pesquisa e a criação de softwares específicos para as LPNE nacionais.

92 A tecnologia LPNE permite aumentar a capacidade de transmissão de energia elétrica de uma linha através da disposição adequada dos condutores das fases de modo a otimizar a distribuição de campo elétrico, diminuindo as perdas de tensão. O emprego dessa tecnologia, para uma mesma potência a ser transmitida, garante um projeto mais econômico que os projetos tradicionais de linhas de transmissão e pode ser utilizada tanto para novos projetos quanto para recapacitação de linhas em operação.

93 Existe uma técnica mais simples de aumento da potência natural das linhas, chamada de "feixe expandido" ou LPNE-FEX. Menos onerosa que a LPNE no conceito original, a técnica de LPNE-FEX permite estudos, testes e implantação comercial mais ágeis. Através de uma boa adequação do projeto é possível usar as mesmas torres, com alteração apenas nas ferragens e dimensões dos feixes.

94 Torre da linha de transmissão LPNE FEX 500 kV

95 Feixe convencional Feixe expandido LPNE-FEX

96 Comparação entre as capacidades de transmissão das linhas tradicionais e das LPNE
Tensão (kV) LT tradicional (MW) LPNE (MW) 69 9 a 12 10 a 40 138 40 a 50 50 a 120 230 120 a 130 130 a 390 500 900 a 1020 950 a 2000 Dados: Chesf

97 FIM rermanbo@yahoo.com.br masnj5@yahoo.com.br


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