0a
0
N°
Revisão nas referências
Emissão inicial
DISCRIMINAÇÃO DAS REVISÕES
03/12/2010
05/11/2010
DATA
KCAR/SMMF
KCAR/SMMF
CONFERIDO
03/12/2010
AQ
05/11/2010
AQ
DATA
APROVAÇÃO
ELETROSUL CENTRAIS ELÉTRICAS S.A.
APROVAÇÃO
INTERLIGAÇÃO BRASIL - URUGUAI
DATA:
MARTE ENGENHARIA
RESP.TÉC.
Nº CREA
CSF
1977101145
PROJETO BÁSICO LT 230kV CANDIOTA – PRESIDENTE MÉDICI
DADOS CLIMATOLÓGICOS
ESC.:
DES Nº: L105-0101-A4
R-0a
Fl. 1/27
ÍNDICE
1. OBJETIVO .................................................................................................................................... 3 2. LOCALIZAÇÃO DA LINHA DE TRANSMISSÃO E ESTAÇÕES DE COLETA........................ 3 3. CONSIDERAÇÕES GERAIS....................................................................................................... 4 4. MAPEAMENTO DAS VARIÁVEIS .............................................................................................. 4 5. Resumo dos parâmetros ambientais adotados neste estudo .......................................... 5 6. REFERÊNCIAS............................................................................................................................. 7 7. ANEXOS ....................................................................................................................................... 8 Anexo 1 – Temperaturas do Ar..................................................................................................... 9 Anexo 2 - Densidade Relativa do Ar e Fatores de Correção (FCA)..................................... 14 Densidade Relativa do Ar (DRA) e Fatores de Correção Atmosféricos (FCA)................... 15 Anexo 3 – Altitude e Pressão Atmosférica................................................................................ 20 Anexo 4 – Umidades do Ar .......................................................................................................... 23 Umidade Relativa (Urel) e Umidade Absoluta (Uabs) do Ar ................................................... 24 Anexo 5 – Conclusões e Recomendações................................................................................. 26 LT 230 kV CANDIOTA – PRESIDENTE MÉDICI
DADOS CLIMATOLÓGICOS
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1. OBJETIVO
Apresentar o mapeamento das variáveis climatológicas de interesse adotados no projeto
LT 230 kV, circuito simples, Candiota – Presidente Médici, de 9 km, situada no Rio
Grande do Sul, e que fará parte do sistema do sistema de interligação elétrica entre o
Brasil e o Uruguai. As metodologias e as fontes dos dados utilizadas como referências
para a definição dos valores adotados no projeto e as bases dos dados considerados
estão detalhadamente apresentadas nos Anexos deste relatório.
2. LOCALIZAÇÃO DA LINHA DE TRANSMISSÃO E ESTAÇÕES DE COLETA
A linha de transmissão em estudo interliga as subestações Candiota e Presidente Médici e
a Figura 2.1 apresenta as vizinhanças da LT em questão e as estações meteorológicas da
região que foram consideradas neste estudo. A correspondência numérica com os nomes
das estações pode ser observada na Tabela 2.1.
Figura 2.1 - Localização das estações meteorológicas utilizadas no estudo
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Tabela 2.1 - Características das estações
# No
Nome da
Latitude
Longitude
Altitude
Mapa
Estação
(graus)
(graus)
(m)
Estado
RS
172
Bagé
54.10
31.33
242
174
Caxias do Sul
51.20
29.17
760
RS
175
Encruz. do Sul
52.52
30.53
428
RS
178
Porto Alegre
51.22
30.02
47
RS
179
Santa Maria
53.70
29.70
95
RS
3. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Linhas de transmissão aéreas constituem-se em empreendimentos com dimensões
territoriais consideráveis e que, não raro, atravessam áreas com diferentes condições
físico-climáticas, resultando numa multiplicidade de elementos climáticos sobre elas
atuantes. É portanto relevante, para a execução de um projeto otimizado, que haja a
disponibilidade de métodos de inferências capazes de avaliar a evolução espacial das
grandezas meteorológicas ao longo da rota da LT em estudo, a partir de coletas
convenientemente feitas em estações meteorológicas na mesma região e que
quantifiquem igualmente as suas variabilidades temporais.
Como certo número de variáveis ambientais aqui enfocadas é dependente da altitude, o
estudo em curso considera também a altitude na região, como forma de dimensionar
algumas variações espaciais do clima, através de modelos matemáticos de correlação
linear múltipla.
A densidade relativa do ar (DRA) e os fatores de correção atmosféricos (FCAs1) não são
variáveis meteorológicas, no rigor do conceito, mas encontram-se incluídos neste
relatório por serem diretamente derivados da temperatura do ar, da pressão atmosférica
e, para os FCAs, também da umidade absoluta do ar.
4. MAPEAMENTO DAS VARIÁVEIS
Todos os mapeamentos constantes deste relatório foram realizados pela aplicação de
uma superfície matematicamente definida e aderente aos valores das variáveis em cada
estação da rede de coleta e obedecendo ao seguinte algoritmo específico:
“Em cada ponto da rede, o valor da variável em estudo é influenciado pelos
valores em cada ponto de coleta, ponderados pelo inverso da distância ao
ponto genérico".
Acrescente-se que esse algoritmo é clássico quando se trata de modelos de transferência
espacial, para fins de mapeamentos2. O valor de cada variável meteorológica em
avaliação ou é medida na própria estação do INMET, como é o caso das temperaturas
médias e extremas, ou é inferida por equações de correlação linear múltipla, tal como se
aplicou nos casos das DRAs e dos FCAs.
1
2
ou ainda RIS (Relative Insulation Strength)
veja ainda a referência (9)
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Tais equações são derivadas da única fonte de informação ora disponível e tratada, do
DEPV (Diretoria de Eletrônica e de Proteção ao Vôo) e que, à propósito, foi objetivo de
trabalho pioneiro neste tipo de inferência (2), seguido por um aprimoramento natural
(8), decorrente da nova versão da Norma IEC - High Voltage Techniques (6).
Esse trabalho concentra seu embasamento em (8), que contém medições horárias ao
longo de 10 anos, permitindo a determinação dos valores de 50% e 90% para a DRA,
para o FCA de 60 Hz referido a 50% e 99% e, ainda, FCAs para impulsos de manobra ou
atmosféricos para 50% e 90%, pois explicita valores médios e respectivos desvios
padrão dessas variáveis relevantes.
5. RESUMO DOS PARÂMETROS AMBIENTAIS ADOTADOS NESTE ESTUDO
As Tabelas 5.1 e 5.2 apresentam o elenco de parâmetros climáticos ou ambientais que
constituem a base de dados para os estudos da LT em questão. De uma forma genérica,
pode-se informar que a base de dados que não velocidades de ventos, provém do
Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) enquanto a anemometria origina-se de
estações do INMET, do Departamento de Eletrônica e Proteção ao Vôo (DEPV) e de
estações regionais operadas por diversos organismos coletores.
Tabela 5.1 - Parâmetros climáticos para a LT 230 kV Candiota – Presidente Médici
Parâmetros Climáticos
Valores
altitude média - (m)
300
temperatura média (EDT – “everyday temperature”) - (OC)
18
temperatura média das mínimas (coincidente com o vento extremo) –
(OC)
13
temperatura mínima absoluta – (OC)
-4
temperatura máxima média anual – (OC)
23
temperatura máxima absoluta – (OC)
40
pressão atmosférica média anual – (mbar)
980
DRA 50% / 90% – (pu)
0.98 / 0,95
FCA60 Hz 50% / 99% – (pu)
1,01 / 0,95
FCAmanobra 50% / 90% – (pu)
1,00 / 0,98
FCAatmosférico 50% / 90% – (pu)
1,01 / 0,99
umidade relativa (Urel) – (%)
72
umidade absoluta (Uabs) - (g/m3)
13
nível ceráunico (dias com trovoadas / ano)
60
massa específica do ar (13 °C e altitude 300m)
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Tabela 5.2 - Atividade eólica prevista para a LT 230 kV Candiota – Presidente Médici (12)
período de retorno
(anos) /
velocidades do vento
velocidades
velocidades
(km/h)
(m/s)
tempo de média
vento extremo
150 / 10 minutos
125
34,7
vento de rajada
150 / 3 segundos
195
54,2
vento nominal
50 / 10 minutos
110
30,6
vento reduzido
2 / 10 minutos
60
16,7
ângulo de balanço (largura da faixa)
50 / 30 segundos
140
38,9
ângulo de balanço (tensão máxima
30 / 30 segundos
130
36,1
2 / 30 segundos
75
20,8
operativa)
ângulo de balanço (surto de manobra)
Tabela 5.3 – Pressões devidas ao vento (13)
kgf/m2
vento extremo
pressão dinâmica de referência
73
nos condutores
148
nos pára-raios
157
nos isoladores
210
nas estruturas (a 10 m de altura)(GT=1,936)
141
kgf/m2
vento de tormentas elétricas
pressão dinâmica de referência
178
nos condutores e pára-raios
44,5
nos isoladores
214
nas estruturas
178
balanço de condutores (h=25 m)
kgf/m2
(surto de manobra) vento para 2 anos e 30 segundos
31
(tensão máxima operativa) vento para 30 anos e 30 segundos
94
(largura da faixa de servidão) vento para 50 anos e 30 segundos
109
As pressões indicadas neste relatório referem-se a ventos atuando no sentido transversal
às linhas de transmissão e uma análise das pressões devidas aos ventos, de uma forma
mais detalhada, pode ser feita através da referência (13).
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6. REFERÊNCIAS
1
INMET – Instituto Nacional de Meteorologia – “Normais climatológicas” (19611990).
2
Andrade, V. H. G et alli – Dados meteorológicos e parâmetros correlatos que
influenciam os isolamentos em ar – Estatística de valores, VII SNPTEE.
3
International Electrotechnical Commission,
Publication 60-1, Genève, 1973.
4
Menezes Jr A. A., Silva Filho J. I. - Transferência espacial de informações
meteorológicas - Modelos matemáticos. Relatório Técnico CEPEL/1983
5
IEC Publication 60-1 - High Voltage Test Techniques - Part 1: General definitions
and test requirements, 1989.
6
IEC Publication 60-1 - High Voltage Test Techniques - Part 1: General definitions
and test requirements, 1989.
7
NBR 6936 - Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão, 1992.
8
Azevedo, R. M., Silva Filho, J. I. Andrade, V. H. G., - Fatores de correção
atmosféricos aplicados ao dimensionamento de isolamentos em ar - Nova
metodologia de cálculo, XVII SNPTEE, 2003
9
NBR 5422 – Projeto de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica.
High
Voltage
Test
Techniques,
10 NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas
11 Tomada de Preços DAC N°03/2010 – Anexo II – Especificações Técnicas e
Desenhos de Referência, Requisitos Mínimos para Projeto Básico de Linhas de
Transmissão, Interligação Brasil – Uruguai, L104-0005-A4
12 Relatório L105-0102-A4 VELOCIDADE DO VENTO preparado para a LT 230 kV,
circuito simples,Candiota – Presidente Médici.
13 Relatório L105-0103-A4 CARREGAMENTOS DEVIDOS AO VENTO, preparado para
a LT 230 kV, circuito simples, Candiota – Presidente Médici.
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7. ANEXOS
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Anexo 1 – Temperaturas do Ar
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Os dados de temperatura utilizados no estudo foram medidos em estações climatológicas
operadas pelo INMET3, instaladas no estado do Rio Grande do Sul. Nessas estações, as
temperaturas máximas e mínimas são medidas diariamente e as temperaturas correntes
às 12, 18 e 24 horas, referidas ao horário de Greenwich (Greenwich Meridian Time GMT). No procedimento de operação das estações do INMET, as temperaturas extremas
diárias ficam perfeitamente caracterizadas. Já para o cálculo da temperatura média
diária, o ideal seria que as medições tivessem uma taxa de amostragem horária ao longo
de todo o dia. Para contornar esse problema, obtendo-se valores com erros inferiores a
1 ºC, a temperatura média diária é estimada através da seguinte equação, de uso
rotineiro pelo INMET:
Tmed 
T12  2 . T24  Tmáx  Tmín
5
Tmed - temperatura média diária
Tmáx - temperatura máxima diária
Tmín - temperatura mínima diária
T12 e T24 - temperaturas às 12 e 24 horas
As estatísticas dos valores de temperatura medidos diariamente no período de 1961 a
1990, podem ser consultados em (1). Além disso, os mapeamentos das temperaturas
apresentados a seguir correspondem aos valores termométricos tal como medidos pelo
INMET, nas suas estações de interesse, e corrigidos pela altimetria identificada no Anexo
3. Assim é que, para cada 100 m de correção na altitude, um decréscimo de 0,4 ºC é
feito nos valores das temperaturas. Esta correção de 0,4ºC encontra-se definida por
correlação dos valores medidos pelo DEPV4 (8) e pelo INMET (1) nas respectivas redes
mostradas abaixo.
3
4
INMET - Instituto Nacional de Meteorologia
Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo, Ministério da Aeronáutica
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Anexo 2 - Densidade Relativa do Ar e Fatores de Correção (FCA)
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Densidade Relativa do Ar (DRA) e Fatores de Correção Atmosféricos (FCA)
A caracterização da média e do desvio padrão da densidade relativa do ar (DRA) e dos
fatores de correção atmosféricos (FCAs), para frequência industrial e impulsos de
manobra e atmosféricos, é feita através da medição simultânea a cada hora (série
horária) da temperatura do ar, umidade relativa do ar e pressão atmosférica, medidas
num período mínimo de 10 anos. As séries horárias de dados disponíveis para o estudo
destas variáveis foram obtidas nas estações da Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo
(DEPV)5, entre os anos de 1961 a 1970, com taxa de amostragem horária.
O DRA90% corresponde a um maior rigor na aplicação do DRA, particularmente quando da
sua utilização nas avaliações do efeito corona e suas manifestações em LTs, através da
relação:
DRA90% = DRAmédio - 1,28 desvios-padrão
Para o FCA, caso de 60 Hz, recomenda-se a utilização do valor referido a 99% pois as
tensões dessa natureza devem ser suportadas em quaisquer condições atmosféricas, de
forma que a qualidade de suprimento energético seja assegurada.
Os mapeamentos das Densidade Relativa do Ar (DRA) e dos Fatores de Correção
Atmosféricos (FCA) estão apresentados a seguir.
5
Veja a referência (8)
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Anexo 3 – Altitude e Pressão Atmosférica
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Apesar de não ser uma variável climática, no sentido estrito do termo, a altitude faz
parte desse relatório, por ser uma variável geográfica que modifica de forma
considerável o comportamento espacial do clima numa região.
Nos casos em que esse modelo de relevo seja insuficiente para bem representar a
altitude média da LT, um acréscimo corretivo deve ser introduzido. Essa correção pode
ser obtida de mapas que tenham uma melhor aproximação altimétrica do que aquela
dada pela rede do INMET. A figura abaixo apresenta o mapa com o relevo aproximado da
região de interesse, correspondendo aproximadamente às altitudes das estações da rede
do INMET e acrescido da correção já mencionada para retratar a altitude média da LT.
Além disso, o ajuste espacial é feito através de uma superfície específica ajustada às
altitudes corrigidas da rede. Não se rebuscou um maior requinte no que tange o modelo
de altitudes regionais, haja vista que linhas aéreas raramente seguem um itinerário de
máximas altitudes, sendo preferencialmente locadas em altitudes médias e em vales.
Por oportuno, vale ainda esclarecer que as variáveis que se correlacionam bem com a
altitude foram modeladas por correlações lineares múltiplas através dos dados horários
do DEPV em 20 estações e essas mesmas equações foram aplicadas às medições das
estações do INMET (205 estações) com o direto objetivo de expandir a rede do estudo.
Esses são os casos dos mapeamentos das densidades relativas do ar (DRA), dos fatores
de correção atmosféricos (FCA) e da umidade absoluta (Uabs).
As pressões atmosféricas apresentadas a seguir correspondem às pressões relatadas em
(1) e corrigidas para as altitudes reais da LT, levando em conta que, para fins práticos,
cada 8 metros a mais na altitude representa um decréscimo de 1 mbar na pressão
atmosférica.
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Anexo 4 – Umidades do Ar
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Umidade Relativa (Urel) e Umidade Absoluta (Uabs) do Ar
A umidade relativa (Urel) guarda uma baixa correlação com as variáveis fisiográficas, de
forma que equações de regressão dão somente uma aproximação do valor real. Para
contornar a situação, o mapeamento propriamente dito desta variável foi levado a termo
por meio de interpolação espacial através de superfície matematicamente definida, tal
como descrito nos elementos constantes de (4).
Por outro lado, a umidade absoluta do ar (Uabs), que é relevante para as determinações
dos FCAs, pode ser modelada através da equação6 que segue, com base nos dados de
(8)
lat - latitude (em graus decimais)
Uabs = 21,511 - 0,216 lat - 4,536 altkm
6
altkm - atitude (em quilômetros)
erro médio quadrático de 0,7 g/m3
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Anexo 5 – Conclusões e Recomendações
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Os mapas constantes deste relatório oferecem ao projetista de LTs recursos ora
disponíveis para uma escolha paramétrica tecnicamente justificável no que se refere aos
elementos climáticos aqui avaliados estatisticamente. De uma forma geral, os
parâmetros recomendados são conservadores e visam garantir um desempenho superior
ao mínimo exigido.
Com uma importância de destaque, encontra-se a densidade relativa do ar, caracterizada
pelo seu valor médio e DRA90% , que é o valor excedido 90% do tempo, garantindo o que
é exigido nos editais da ANEEL. Somente com os mapeamentos exclusivos das médias e
dos desvio do DRA, não se torna imediata a identificação do local onde as condições do
DRA são as mais adversas, pois a média mínima não coincide, necessariamente, com o
máximo desvio padrão do DRA.
Assim sendo, para facilidade de interpretação e escolha, foram traçadas as isolinhas do
Anexo 2 que apresenta os valores de DRAmédio e de DRA90% , através da relação
DRA90% =DRAmédio-1,28 desvios-padrão. Os mesmos conceitos se aplicam aos fatores de
correção atmosféricos aqui sugeridos ( FCA
99%
60 Hz
e FCA
90%
imp
), muito embora a sua
utilização ainda não esteja regulamentada ou nem mesmo exigida, mas correspondem à
prática segura de escolha paramétrica.
As recomendações relativas à quantificação de elementos climáticos constantes deste
relatório seguem as orientações e cálculos apresentados basicamente pela referência (8),
enquanto que as bases de dados provêm de (1 e 8)
Vale sempre lembrar que (2 e 8) contêm sínteses metodológicas pioneiras que
permitiram uma avaliação estatística mais aprofundada quanto a determinados
fenômenos, notadamente no que se refere aos percentis da densidade relativa do ar e
dos variados fatores de correção atmosféricos aqui considerados, através de modelos
objetivando a determinação dos desvios-padrão da DRA e dos FCAs.
determinação dos desvios-padrão da DRA e dos FCAs.
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