International Workshop 2013
Acoplamento de Linhas Aéreas e
Subterrâneas – Recomendações
Técnicas para as Concessionárias
Brasileiras – GT B1-05
Nadia Helena Gama Ribeiro de Louredo
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Motivação /Criação do GT B1-05:
•A grande maioria das Transições Aéreo /Subterrâneas no Brasil ,
encontra-se em “áreas fechadas” ( Subestações) : Disjuntores ,
Chaves , TC’s e TP’s.
• Diversos estudos de viabilidade são realizados porém sem sucesso ,
dado aos altos custos envolvidos bem como ao impacto visual
apresentado pelas Subestações de Transição que são exigidas pelas
Concessionárias Brasileiras em geral.
•Atualmente no Brasil a experiência relacionada a transições
Aéreo/Subterrâneas em alta e extra alta tensão ainda é um tanto
limitada.
•O GT B1-05 foi criado em 2010, com o objetivo de elaborar uma
Recomendação baseada em práticas internacionais além de
argumentos técnicos concretos , na busca de tornar viável e facilitar a
implementação de transições seguras e compactas.
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Método Utilizado /sequencia de atividades:
•Levantamento junto as Concessionárias Brasileiras quanto as
Transições Mistas existentes
•Pesquisa de materiais técnicos Internacionais referentes a Linhas
Mistas /Híbridas de Transmissão .
•Verificação criteriosa dos resultados da pesquisa para então propor
recomendação no tocante aos esquemas de proteção e critérios de
religamento para sistemas mistos.
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Material de Investigação :
•Questionário /Pesquisa : realizada junto as Concessionárias Brasileiras
que possuem Linhas de Transmissão Subterrâneas em alta tensão em seu
sistema de transmissão.
•“Papers” / Materiais Técnicos Pesquisados: Um total de documentos
entre : artigos técnicos diversos , Brochuras Técnicas CIGRE e Norma IEEE.
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•Demetrious A. Tziovaras em ”Protection of High Voltage
AC Cables”
•Explica de forma objetiva os critérios básicos para proteção no
tocante a para-raios e tipos de relés mais indicados para sistemas
instalados em cabos de potencia.
•Entre outros pontos importantes a observar no aspecto proteção o
autor ressalta a possibilidade de dimensionar os cabos de potencia
termicamente para a função auto - religamento, em linhas de pequena
extensão, uma vez que para linhas longas o auto-religamento pode ou
não ser viável .
•Oferece parâmetros quanto à relação de comprimentos do trecho
aéreo frente ao trecho subterrâneo, estabelecendo
uma regra
relativamente simples para aplicação.
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• Zihan Xu e Dr. T.S. Sidhu em :”Power Cable Protection
in Transmission System “
• Os autores ressaltam e caracterizam detalhadamente as diferenças
elétricas entre cabos de potencia e cabos para linhas aéreas (
impedância, capacitância shunt, indutâncias série ,etc).
• Apresentam as características das falhas em linhas subterrâneas e
em linhas aéreas .
•
Alertam para questões nem sempre muito claras e portanto de
grande valia para os técnicos que atuam desde o planejamento até
a operação de sistemas instalados em cabos de potencia.
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• Technical Brochure 250 :” General Guidelines for the
Integration of a new Underground cable System in the
Network” -Working Group B1-19 -August 2004
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O capítulo 4 da citada TB é integralmente dedicado a Transições
Aéreo/Subterrâneas.
Planejamento
Seleção do local da transição
Níveis de Sobretensão e de Isolação
Ampacidade e sobrecorrentes
“Clearances” Elétricos
Blindagem para sobretensões
Aterramento para proteção de pessoas
Radio Interferência e Corona
Ruído
Contaminação de água
Forças mecânicas
Projeto Civil
Proteção contra incêndio
Segurança nas “Transições Compound” (*)
Especificação e Seleção dos principais componentes da Transição
“Compound” (*)
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• Technical Brochure 338 : “ Statistics of AC Underground
Cables in Power Network” - Working Group B1-07 December 2007 :
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O item 3.3 da TB 338 aborda as condições de Construção e Instalação
para Transições A/S .
As questões quanto a inserção de trecho subterraneo em uma linha
aérea do ponto de vista dos equipamentos para as conexões são
esclarecidas ,alertando para a implementação de acordo com as
diversas classes de tensão.
O item 3.4 , projeto elétrico , alerta para as diferenças nos aspectos
térmicos e construtivos das linhas aéreas e subterrâneas , bem como
quanto as questões das características de falhas em circuitos aéreos e
condições de religamento , reforçando argumentações práticas e
teóricas apresentados por Tziouvaras e Zihan Xu e Dr. T.S. Sidhu Zihan
, ressaltando também que em circuitos “híbridos” o religamento pode
ser possível desde que os riscos envolvidos sejam bem estudados.
O Apendice C1 (Projeto Elétrico) ressalta ainda que falhas transitórias
em sistemas que utilizam cabos de potencia são extremamente raras .
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•P. Argaut ;T. Roizard ; S. Meregalli ; H. Ohno; J.E. Larsen
; J. Karlstrand ; S. D. Mikkelsen em “ Technical Issues
Regarding the Integration of HVAC Underground cable
Systems in the Network – 21-108 - Bienal CIGRE 2002 (em
prol do WG B1-19) .
•O item 3.5 do material apresentado na Sessão Cigre 2002 , é dedicado as
questões de proteção e religamento , sendo que os autores salientam que
em sistemas híbridos a distancia do trecho subterrâneo as subestações (
fonte e carga) representa um fator crítico , assim aconselhando políticas
de religamento e o uso de sistemas de proteção mais ou menos
complexos .
•Os autores afirmam que a questão do religamento está diretamente
relacionada ao tipo de instalação bem como ao nível de suportabilidade
térmica do cabo.
•Alerta para a questão relacionada ao aumento de temperatura na
blindagem metálica devido a um curto circuito monofásico de 31 kA
durante 0,5 s , informando que em curtos circuitos monofásicos até 25
kA , o religamento é viável em sistemas aéreos e subterrâneos.
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• S. López (REE, Spain), J.L. Martínez (IBERDROLA,
Spain), J.M. Roca (Unión Fenosa, Spain),A. Montoya
(GE Power Management, Spain), I. Zamora (ETSI
Bilbao, Spain) em “ Protection of Combined Cables and
Overhead Lines “ . Study Committee B5 Colloquium
2007 October 15-20 Madrid, SPAIN
• Este documento apresenta as práticas de proteção e religamento a
partir da experiência adquirida em Concessionárias da Espanha.
• Inicialmente apresenta as diversas situações onde circuitos híbridos
( aéreo e subterrâneo) , são aplicáveis.
• A exemplo das outras referencias já citadas , elenca os problemas
relativos a proteção de sistemas instalados em cabos de potencia
subterrâneos .
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• “Guide for Planning and Designing Transition Facilities
between Overhead and Underground Transmission
Lines “ . IEEE Std 1793-2012
• Por ocasião da Sessão Poster da Bienal CIGRE 2012 ,o “Chair-Man” do B1 –
Monsieur Pierre Argaut , viabilizou o acesso ao Draft da Norma
(senha/login/download) na “home page” do ICC , (data/ref: 22/03/2010 )
– “Guide for Planning and Designing Transition Facilities between
Overhead and Underground Transmission Lines “ . Em 05/12/2012 a
Norma foi aprovada
08/01/2013
. A IEEE Std 1793-2012 foi emitida em
• Nos itens 3.2.4.1 e 3.2.4.2 da Norma – Impactos no Sistema – foram
consideradas as questões relativas aos sistemas de proteção e
religamento .
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PESQUISA : CONCESSIONÁRIAS
BRASILEIRAS AS QUAIS FORAM
ENCAMINHADAS QUESTÕES SOBRE
TRANSIÇÕES AÉREO/SUBTERRÂNEAS
1.
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3.
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6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
AES Eletropaulo – São Paulo
Energias do Brasil – São Paulo
Light – Rio de Janeiro
CEMIG – Minas Gerais
CELESC – Santa Catarina
CEEE – Rio Grande do Sul
Eletrosul
FURNAS
CEB – Centrais Elétricas de
Brasília – Distrito Federal
ENERSUL
Eletronorte
CHESF
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QUESTÕES FORMULADAS :
• Sua empresa possui Transição Aéreo/Subterrânea em que classes de tensão?
• Caso sua resposta a questão 1 tenha sido afirmativa ,informe há mais ou
menos quanto tempo a(s) transição(ões) está(ão) em operação .
• Quais tipos de Transição( ões) está(ao) instalada(s) no sistema desta
Concessionária: RS der. LTA ? , LTA der. de RS? , Ins. Trecho RS dist. da SE?
Ins. Trecho RS próx a SE fonte? Ins. Trecho RS próx. A SE carga ? , Ins. Trecho
RS dentro da SE ?
• No tocante a relação das extensões dos trechos de Linhas Aéreas frente aos
de Linhas Subterrâneas , informar conforme exemplo : xx m /xxx m ... (RS
/LTA)
• No que compete aos tipos de equipamentos de proteção e manobra
instalados na Transição , informe sobre :Para- Raios , Disjuntor, Rele de
Proteção , Chave , ..Sem equipamento de Proteção
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• Com relação ao tipo de material da estrutura de transição, informe sobre :
estruturas de concreto ? Estrutura metálica ?
• Quanto a natureza da(s) região(ões) / local (ais) onde está (ão) instalada(s)
a(s) transição (ões) ,informe : Região Urbana Central, Região Urbana
Residencial , Região Rural , Substação em geral
• Quanto ao sistema de aterramento informe o(s) tipo (s) instalados no trecho
subterrâneo ( referencie se possível a capacidade de transmissão / classe de
tensão /extensão do trecho subterrâneo) .
• No tocante a Operação de Sistemas Mistos , informe como a Concessionária
opera tais sistemas : Perm. Rel. Inst , Perm. 2º. Rel. temp ,Perm. Rel.manual
(3 min), Perm. 3º. Rel, Perm. Rel. se constatado que falha não ocorreu no
trecho sub , Não perm . Rel ?
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ALGUNS DIAGRAMAS RESULTANTES DA
PESQUISA/QUESTIONÁRIO:
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RECOMENDAÇÕES : PROTEÇÃO E
RELIGAMENTO
PROTEÇÃO :
a) Para-Raios:
O dispositivo de proteção que deve ser utilizado como prática comum em
Linhas de Transmissão Mistas para limitar as sobretensões é o Para-Raios,
localizado na estrutura de transição (lado da linha áerea) e na outra
extremidade subterrânea.
O para-raios deve ser selecionado a partir de um dimensionamento
adequado, considerando o nível de impulso atmosférico, a classe de tensão
e as impedâncias de “ pé de torre/estrutura”.
B .1) Reles:
Os tipo de relés mais comumente utilizados em linhas aéreas, não são
capazes de localizar precisamente as falhas típicas de sistemas em cabos de
potencia subterrâneos.
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ESTADO DA ARTE : RELÉS DE PROTEÇÃO EM SISTEMAS MISTOS
i) esquemas de proteção utilizando relés de distância:
Não recomendado devido principalmente as dificuldades oferecidas pelo fato
de que o relé pode “visualizar” impedâncias diferentes para os vários tipos de
aterramento (não-linearidade da impedância de sequência zero, uma vez que o
caminho de retorno da corrente é afetado pelo tipo de sistema de aterramento:
solidamente aterrado nas extremidades, Crossbonding e singlepoint bonding).
ii) esquemas de proteção utilizando relés diferenciais:
Existem aplicações que utilizam relés diferenciais, mas neste tipo de esquema
principalmente os efeitos das correntes de carga e shunt (se aplicável) devem
ser compensados.
A solução com Relé diferencial tem custos elevados devido à infra-estrutura
necessária.
III) esquemas de proteção utilizando relés de impedância:
Esta alternativa pode substituir a que utiliza o relé diferencial, mas no momento
da realização dos testes de comissionamento será necessário efetuar medições
relativas aos parâmetros de impedância Observar quanto a extensão do trecho
subterrâneo ser menor que a do trecho aéreo.
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B.2 ) A Norma IEEE 1793 – 2012 : “Guide for Planning and Designing Transition
Facilities between Overhead and Underground Transmission Lines “: sugere no
item 4.1.2 –Structural Design - a instalação de TC de “núcleo partido” na
estrutura de transição .
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RELIGAMENTO :
I) Em sistemas onde a extensão do trecho subterrâneo for aproximadamente igual
a 10% da extensão total do circuito geralmente pode ser habilitado o “autoreligamento”.
Exemplo: Um circuito com 10.000 m de extensão, onde o trecho subterrâneo tenha
uma extensão de até 1.000 m o “auto-religamento” pode ser habilitado.
II) Quando a extensão do trecho subterrâneo é muito curto , menor do que 300 m
como parâmetro de referencia , é permitido o religamento rápido.
III) Em alguns casos, será mais econômico que o trecho instalado em cabos de
potencia ( linha de transmissão subterrânea) seja termicamente avaliado. Este
fato implica em aumentar o tempo de atuação da proteção para um mesmo valor
do curto-circuito monofásico
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Exemplos Nacionais
Contribuições :
Representantes : LIGHT , CEB , CEMIG , AES Eletropaulo
Papers Técnicos :
A.J. de Oliveira Lima, W.J. Lee , F.G de Oliveira .”Transição
de Linhas de Transmissão Aérea para Subterrânea:para cada
instalação uma solução diferente” (XIII ERIAC.Argentina –
Março 2009)
W.J. Lee, A.J. de Oliveira Lima, J.F. Dutra, J. M. Pinheiro, F.F.
Lago, C.A.V. Granata. ”Projeto de Linha de Transmissão
Submarina Biguaçu-Desterro em 230 kV” (XIII ERIAC.
Argentina – Março 2009)
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RSC WHEATON SAAB SCANIA 138 kV- São Bernardo do Campo – SP
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RSC Wheaton –Scania- 138 kV – AES Eletropaulo– São Bernardo do Campo
-SP
• Instalação singular, pois, trata-se de uma transição subterrânea/ aérea.
• Sua implantação viabilizou a alimentação de tres (3) SE’s de
Consumidores em 138 kV. Localizada na cidade de São Bernardo do
Campo (SP) ,a LTS parte da SE Alvarenga até a Transição com 1,6 km de
extensão , e a partir da mesma “aflora e mergulha” possibilitando
alimentar as SE’s dos consumidores Wheaton e Scania .
•
A partir da estrutura de transição os cabos foram conectados a uma
estrutura de chaves seguindo por linha aérea até a SE Toyota SBC.
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LT 138 kV – ITAJAI – ITAIPAVA –
SALSEIROS – PORTONAVE ( PORTO DE
NAVEGANTES –CELESC – Santa Catarina
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LT 138 kV – ITAJAI – ITAIPAVA –SALSEIROS – PORTONAVE ( PORTO DE
NAVEGANTES)
• A linha de transmissão tem uma extensão total de 21 km.
• O trecho subterrâneo possui extensão igual a 2,31 km.
• A necessidade do trecho instalado em cabos subterrâneos de potencia
no trecho final da linha de transmissão ocorreu devido a proximidade do
Aeroporto de Navegantes
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LT BIGUAÇU- DESTERRO – 230 kV – Florianópolis – SC ( lado Continente)ELETROSUL – Santa Catarina
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LT BIGUAÇU – DESTERRO -230 kV – Florianópolis – SC ( Lado Ilha de Santa
Catarina) – ELETROSUL – Santa Catarina
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A linha de transmissão que interliga a SE Biguaçu, no continente, a SE
Desterro, na Ilha de Santa Catarina, compõem-se de três trechos:
•Um trecho aéreo no lado do continente com 38,5km de extensão
•Um trecho submarino entre o continente e a Ilha com 4,65km
•Um trecho aéreo na Ilha de Santa Catarina com 13,5km.
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RSE Paineiras – 88/138 kV – AES Eletropaulo - São Paulo
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BRASILIA CENTRO MANGUEIRAL – 138 kV – BRASILIA – DF
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RAMAL RECREIO – 138 kV – LIGHT SE S/A - RIO DE JANEIRO – RJ
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As Transições referentes a :
•RSE Paineiras – AES Eletropaulo na cidade de São Paulo , bairro do
Morumbi
•Ramal Recreio – LIGHT S/E S/A na cidade do Rio de Janeiro , bairro Recreio
(Barra da Tijuca)
•Foram resultantes de condições diretamente ligadas a bairros/regiões de
alto poder aquisitivo onde não foi aceito a implantação de linha aérea.
•A LT Brasilia Centro Mangueiral – CEB – Distrito Federal , naturalmente
devido aos aspectos urbanos que regem a Capital Federal.
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SE DE TRANSIÇÃO MORRO DO ALEMÃO -138 kV ( INSTALAÇÃO TELEFÉRICO –
obra do PAC – Programa de Aceleração do Crescimento) –LIGHT SE S/A - RIO
DE JANEIRO – RJ
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RAMAL FIAT- 138 kV – CEMIG - MINAS GERAIS – MG
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Exemplo Internacionais
Brochuras Técnicas CIGRE :
Technical Brochure 250 : “ General Guidelines for Integration of a new
Underground Cable System in the Network” - Working Group B1-19 August 2004.
Technical Brochure 338 : “ Statistics of AC Underground Cables in Power
Networks” – Working Group B1-07 - December 2007
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Pioltello -AEM Milano (Italia)
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Pioltello -AEM Milano (Italia)
Para o sistema de transmissão em 220 kV, a “Aem Transmissione S.p.A” (Italia)
decidiu tornar subterrânea parte das linhas aéreas entre as Subestações Cassano
e Milano Ricevitrice Norte.
Tal decisão levou a instalação de um sistema subterrâneo com dois circuitos e ao
longo de uma extensão de 3.0 km.
A transição aérea para subterrâneo foi realizada em ambas as extremidades do
circuito diretamente da última estrutura sem a aplicação de equipamentos para
de proteção contra surtos uma vez que o cabo é “auto-protegido” contra
sobretensões transitórias e atmosféricas.
Esta conexão atravessa uma área densamente povoada em parte da rota da linha
aérea que possui 20.0 km de extensão na região de Pioltello (subúrbio de Milão).
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DENNIS JONHSON
…More and more communities are calling for underground transmission
to decrease the number of outages, especially after severe weather
knocks out power for days or weeks. However, a general lack of
knowledge of how to design and operate these underground
transmission systems pervades in the United States today, according to
Dennis Johnson, senior project engineer with POWER Engineers.
Johnson is trying to fight the deficiency by training utility engineers on
underground cable systems….
“I understand the types of issues that face the utility engineer when
they are considering underground transmission for the first time,”
Johnson said. “I have also been involved in the last couple years in the
review and rewrite of the EPRI Underground Transmission Systems
Reference Book.” ( T & D WORLD , SETEMBRO 2007)
http://tdworld.com/etrain/dennis-johnson-engineer-underground
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Muito Obrigada!
Contato :
EDS Engenharia e Consultoria LTDA :
[email protected]