Inovações Tecnológicas em
Redes Elétricas
21/11/2005
Cartagena de Indias
Davi Antunes Lima
ANEEL - BRASIL
Conteúdo
• Cabos Condutores para Linhas de Distribuição
• Novos Tecnologias em Cabos Condutores para
Linhas de Transmissão
• O Estado da Arte em Estruturas
• Emendas à Implosão
• Ampacidade Estatística na Revisão da NBR-5422
• Novos Conceitos para Projetos de LT´s
• FACTS
• Equipamentos de Subestações
Cabos Condutores para Linhas
de Distribuição
Rede Compacta de Distribuição
• Locais Densamente Arborizados
• Ramais com Altas Taxas de Falhas
• Redução DEC/FEC
• Ruas Estreitas
• Mais de 1 Circuito por Estrutura
• Condomínios Fechados
• Alternativa às Redes Isoladas
• Redução de Podas de Árvores
Cabos Condutores para Linhas
de Distribuição
Rede Compacta
de Distribuição
Análise Econômica
• Investimento Inicial – 20% maior
• Taxas de Falhas – Reduzida
• Manutenção – Reduzida
• Poda de Árvores – Reduzida
• Custo Social
Cabos Condutores para Linhas
de Distribuição
Cabos Anti - Furto
• O PROBLEMA
• Utilização de Gatos – Conectores
como garras de gatos, ou seja um
conector perfura a isolação e
outro é conectado ao Neutro,
desviando a energia.
• A SOLUÇÃO
• Cabos Anti Furto Concêntricos –
um condutor neutro que envolve o
condutor fase e desta maneira se
tentarem usar o “gato” estabelecese um curto circuito da fase para
o neutro, evitando o desvio de
energia.
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores para LT´s – Experiência Brasileira
Mais Utilizado no Brasil
Condutor utilizado em
otimizações
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Brasileira
• LT GOIANINHA MUSSURÉ 230 kV Extensão LT  51 km
• LEILÃO ANEEL 003/2001 LOTE A
CARACTERÍSTICAS
PROJETO
ORIGINAL
PROJETO
MODIFICADO
CONDUTOR
CAA GROSBEAK
CAL FLINT
Resist. Seq. Positiva
(/km)
0,111
0,1056
Perdas na LT (kW)
2115,9
1996,5
N° Estruturas
125
111
• Redução de 20% em relação ao projeto original
(estruturas + cabos).
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Brasileira
Cabo Termorresistente – até 150 °C
Liga Al + Zr
Aço Convencional ou INVAR
• ELETROSUL – Recapacitação das linhas:
- 230kV Areia – São Mateus – 120km
- 230kV Salto Osório – Campo Mourão Circ. 1 e 2 – 180km cada
MOTIVAÇÃO: Carregamentos inadmissíveis em regime de
contingência
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Brasileira
CABOS COMPACTOS
• Redução dos interstícios de 20% para 5%
• Aumento da área útil  aumento da ampacidade
• Diminuição das Perdas por efeito Joule
Área
Res. El.
Ampacidade
Perdas
• Melhor comportamento frente Vibrações Eólicas
• Redução do Coeficiente de Arrasto (v > 45m/s)
• Menores ruídos e menor perigo rompimento fios
• Melhor auto-amortecimento
• Melhor resistência a fadiga
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Brasileira
Vibrações Eólicas
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Internacional
CONDUTORES – ALTA TEMPERATURA
HTLS – HIGH TEMPERATURE LOW SAG
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Internacional
CONDUTORES – ALTA TEMPERATURA
HTLS – HIGH TEMPERATURE LOW SAG
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Internacional
ACSS – Aluminum Conductor Steel Supported
• Operam até 250°C
• Sem CREEP
• 20 a 50% menor alongamento a temp. altas
ZTACIR
• Operam até 210°C
• Expansão térmica 50% menor
devido ao aço Invar
• 2 vezes o custo do ACSR
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Internacional
GTACSR
• Expansão reduzida devido ao pré
tensionamento do aço extra-forte
• Suportado pelo Aço
• Bom para operação a 150°C
ACCR (3M)
• Operam até 250°C
• Alma de compósito de alumínio
• Alma com baixo alongamento
térmico (25% alum. Conv.)
• > 5 vezes o custo do ACSR
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Internacional
ACCC (General Cable)
• Alumínio Trapezoidal Recozido sobre
uma alma de compósito de fibra de
carbono.
• Alma com expansão térmica igual a
ZERO a altas temperaturas
• Bom para operação a 150°C ou 200 °C
Novas Tecnologias em Cabos
Condutores – Experiência Internacional
O Estado da Arte em Estruturas
Inovações
O Estado da Arte em Estruturas
Impacto Visual
• Alguns Anos Atrás:
- Não feia
- Não bonita
- Apenas NECESSÁRIAS
• Evolução nas questões ambientais:
- Benefício Social
- Direitos Sociais
O Estado da Arte em Estruturas
Evolução nas Estruturas
• Estruturas Compactas
• Camufladas e “Invisíveis”
• Esteticamente Perfeitas
• Elegantes
O Estado da Arte em Estruturas
Competição para Definição de Estruturas
• Faixa de Servidão extremamente pequena
• Problemas Ambientais
• Competição para definição de estrutura
inovadora
• 48 Participantes
O Estado da Arte em Estruturas
Competição para Definição de Estruturas
A VENCEDORA
O Estado da Arte em Estruturas
Competição para Definição de Estruturas
VENCEDORA Modificada
O Estado da Arte em Estruturas
Competição para Definição de Estruturas
O Estado da Arte em Estruturas
Competição para Definição de Estruturas
Custos :
- LT Convencional  470.000 €/km
- Nova Tecnologia  562.000 €/km
O Estado da Arte em Estruturas
Integração das
Torres com o
Ambiente
- Escolha da Melhor Rota
para LT
- Torres Estéticas quando
necessário
- Pintura Especial ou
Tratamento Artístico
Emendas à Implosão
Emenda à
compressão
convencional
- Emendas feitas uma a uma
- Duas compressões
diferentes : 1 para alma de
aço, outra para o alumínio
- Equipamentos necessários:
- Compressor, Matriz e
Prensa
- Tempo médio: 30 minutos
Emendas à Implosão
Emenda à Implosão
- Explosivo plástico totalmente estável
- Emenda fornecida com detonador de última geração, com
fibra óptica
- Emendas podem ser detonadas simultaneamente
- Depois de executadas não dependem de acabamento final
- Emendas feitas simultaneamente
- Tempo médio : 3 minutos
Emendas à Implosão
Ampacidade Estatística na
Revisão da NBR 5422
MÉTODO DETERMINÍSTICO
- Velocidade do vento  1 m/s – perpendicular
- Temperatura Ambiente  Média das máximas diárias
- Radiação Solar  1000 W/m2
POR QUÊ MUDAR???
- Melhoria da confiabilidade da Linha
- Possibilidade de aumento nos níveis de carregamento das
LT´s existentes (ou diminuição)
- Banco de Dados das condições climáticas
- Utilização de novos materiais
- Novos Conhecimentos Técnicos
Ampacidade Estatística na
Revisão da NBR 5422
Risco Térmico
- Vento
- Temperatura
Ambiente
- Radiação Solar
Risco de Falha
- Fator de correção
atmosférica
Ampacidade Estatística na
Revisão da NBR 5422
METODOLOGIA EM DISCUSSÃO NA REVISÃO DA NBR 5422
- Definida por dois pares de valores de temperaturas e
distâncias cabo-solo
- (t1,d1)  condição típica de referência
- (t2,d2)  condição limite de referência
Ampacidade Estatística na
Revisão da NBR 5422
RISCO TÉRMICO
- Ttip  risco térmico máximo de 15%
- Tlim  riscos térmicos máximos entre 1% e 7,5%,
para corrente normal ou sobrecorrentes
RISCO DE FALHA
- dtip  risco de falha de 10-6
- dlim  risco de falha de 10-4
Ampacidade Estatística na
Revisão da NBR 5422
Ampacidade Estatística na
Revisão da NBR 5422
DISTÂNCIA DE SEGURANÇA – Revisão NBR 5422
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
LINHAS COMPACTAS E HSIL (HIGH SIL)
FATORES PARA TRANSMISSÃO
- Longas distâncias
- Sistemas de Transmissão
transportarão grandes blocos
de energia
- Alternativas que reduzam
custo de energia deverão ser
desenvolvidas
TOTAL: 260 GW
EM OPERAÇÃO: 72 GW
- Restrições ambientais deverão
motivar maior eficiências nos
corredores (MW/m2)
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
SISTEMAS MAIS EFICIENTES
EXEMPLOS
- Desenvolvimento de Sistemas AC com alta capacidade
de transporte utilizando linhas compactas e HSIL
- Uso de Compensação Série
Avaliar LT´s DC para longas distâncias
- Restrições ambientais deverão motivar maior eficiências
nos corredores (MW/m2)
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
CASO EXEMPLO
TRANSPORTE DE 5000 MW em 500kV
1. Linha de Transmissão Convencional  SIL = 1000 MW
2. Linha de Transmissão Compacta  SIL = 1250 MW
3. Linha de Transmissão Compacta e Compensação
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
CONCEITOS BÁSICOS
SIL = V2/Z1
Z1 = ZS – ZM
Onde: ZS = impedância própria
ZM = impedância mútua
- Na compactação se reduz a geometria do topo das
estruturas  fases mais próximas
- Aumenta, portanto, o ZM
- Consequentemente reduz Z1
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Torre Compacta
500 kV
Torre Convencional
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Tabela
Comparativa
525kV
Tabela
Comparativa
230kV
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Torre Raquete
500kV
Torre Raquete
230kV
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Torres CROSS ROPE
Desenvolvimento
- Foram desenvolvidas para o mesmo SIL das torres raquetes
- Menor distância entre fases do mundo 5,5m
- Redução de 20% no investimento se comparada as torres raquetes
- No Brasil existem 1665 km de LT´s 500 kV construídas com CROSS
ROPE
- Excelente opção para transmissão com tensão superior a 500kV
- Estas estruturas estão sendo consideradas no estudo da
Transmissão de Belo Monte em 765kV
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Torres CROSS ROPE
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
HSIL
Desenvolvimento
- A teoria do HSIL trabalha na otimização do campo elétrico na
superfície do condutor para prover um maior SIL
- Para otimização dos campos elétricos é proposto alterar as
formas através de feixes assimétricos, ao invés de
distribuição simétrica dos condutores
- Feixe expandido ocasiona um aumento de 30% no SIL para
condutores existentes e de 70% para adição de novo
condutor em LT com somente um condutor (depende do
nível de tensão)
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
HSIL
HSIL 230kV – SIL de 360MW
(projeto regular – 130MW)
HSIL 500kV – SIL de 2000MW
(projeto regular – 1000MW)
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Solução 1 com
Feixe Expandido
- Adição de um condutor de
bitola menor
- LT Milagres – Fortaleza
2x400km
- Custo de 18% de uma LT
- SIL  + 38%
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Solução 2 com
Feixe Expandido
- Adição de um condutor de
bitola menor auto
sustentado
- LT Paulo Afonso - Milagres
2x255km
- Custo de 25% de uma LT
- SIL  + 60%
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Interligação N/NE
- Solicitação – 1200MW
Novos Conceitos para Projetos
de LT´s
Interligação N/NE
FACTS–Flexible AC Transmission
Systems
Inteligência em Regime Permanente:
- Soluções sem sistema de controle capaz de variar
dinamicamente seus parâmetros:
- LPNE
- Compensação Reativa Fixa.
Inteligência em Regime Dinâmico:
-
Soluções com sistema de controle capaz de variar
dinamicamente seus parâmetros:
- FACTS
- HVDC
FACTS–Flexible AC Transmission
Systems
Primeiro Conceito:
- Dispositivos baseados em Eletrônica de Potência com o
objetivo de prover os Sistemas CA com maior flexibilidade.
Conceito Atual:
- Dispositivos baseados em Eletrônica de Potência com o
objetivo de prover os Sistemas CA com maior flexibilidade,
sendo também uma fonte de serviços ancilares.
FACTS–Flexible AC Transmission
Systems
Segurança dos Sistemas de Transmissão
- Oscilações Eletromecânicas
- Colapso de Tensão
Critérios de Performance
- Geral :
- N-1
- Áreas Críticas : Evitar Colapso de Tensão
- Interconexões:
- Qual capacidade?
- Deve resistir a qual impacto?
FACTS–Flexible AC Transmission
Systems
Linhas Longas > baixo sincronismo
(colapso de tensão)
Interligação de sistemas > Oscilações
de Baixa Frequência
SISTEMA A
SISTEMA B
Equipamentos de Subestações
Arranjo Disjuntor e Meio Modificado
-Alternativa ao arranjo Barra Dupla a quatro chaves exigido
para SE´s de 230 kV
Equipamentos de Subestações
Arranjo Disjuntor e Meio Modificado
- Modificação Proposta  A conexão de um ponto de carga em
cada barramento com a utilização de chaves secionadoras,
operando normalmente abertas, servindo como "by-pass" dos
barramentos, para alimentação dos pontos de carga conectados
diretamente nos barramentos, pelos disjuntores mais próximos
Equipamentos de Subestações
Comparação de Investimentos
Equipamentos de Subestações
Técnicas em Linha Viva para Manutenção de Subestações
Método à Distância
- Serviços executados através de bastões / isolantes mantendo a
distância de segurança, não havendo contato direto
Equipamentos de Subestações
Técnicas em Linha Viva para Manutenção de Subestações
Método ao Potencial (Convencional)
- Serviços executados com eletricista ao mesmo potencial do
equipamento e o restante da equipe trabalhando à distância.
Equipamentos de Subestações
Técnicas em Linha Viva para Manutenção de Subestações
Método ao Potencial (Novo)
-Mesmo príncipio do método convencional, com a diferença de
que o andaime isolante é montado no assoalho da carroceria do
caminhão da manutenção.
-Vantagens :
- Maior Praticidade
- Menor Desgaste Físico
- Confiabilidade
- Menor Exposição ao Risco
- Segurança da Equipe
- Recursos Disponíveis
- Menor Tempo de Intervenção
Equipamentos de Subestações
Técnicas em Linha Viva para Manutenção de Subestações
Método ao Potencial (Novo)