XXI Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica
SENDI 2014 - 08 a 13 de novembro
Santos - SP - Brasil
Gustavo Mafra Lauria
Reinaldo de Freitas
Fachada
Luis Claudio S.
Oliveira
3M DO BRASIL LTDA
Companhia Paulista
de Força e Luz
3M DO BRASIL LTDA
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Leonardo Y. Zanotti
Bruno Cesar Alaite
3M DO BRASIL LTDA
[email protected]
[email protected]
Reforço do Sistema Elétrico da CPFL Piratininga na Baixada Santista Utilizando Cabos Especiais
Palavras-chave
Alta Capacidade e Baixa Flecha
Cabo Termorresistente
Expansão do Sistema Elétrico
Linha de Transmissão
Recapacitação
Recondutormento
Resumo
Este informe técnico apresenta os fatores motivacionais para a aplicação de condutores de alta temperatura e
baixa flecha para a recapacitação de duas linhas de transmissão 88 (kV) , sob concessão da CPFL Piratininga,
para atender com qualidade e confiabilidade o aumento de demanda na Baixada Santista. A necessidade técnica
da concessionária era dobrar a capacidade de transmissão de energia das linhas utilizando as torres existentes,
evitando a inserção de novas estruturas e novas fundações em uma região com ecossistema sensível com
presença de manguezais, matas de encosta e restinga, além de passar em áreas urbanas densamente povoadas
e cruzar rodovias que interligam a cidade de São Paulo com o Porto de Santos.
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Apresentaremos os estudos técnicos para a escolha do condutor, o perfil da linha em vãos críticos, os impactos
ambientais e sociais que foram minimizados com a opção pelo recondutoramento e os resultados práticos
obtidos na instalação dos condutores em locais de preservação ambiental e áreas urbanas.
1. Introdução
Soluções tradicionais de recapacitação de duas linhas de transmissão de 88 (kV) na Baixada Santista seriam de difícil
execução, dada a complexidade da área e o aumento da demanda na região. A alternativa adotada para reforçar o
sistema elétrico da Baixada Santista foi o da substituição dos condutores convencionais por condutores especiais
ACCR nas linhas da CPFL Piratininga, que compreenderam as linhas de 88 (kV) Henry Borden - Jabaquara 1-2 e 3-4
(HBO-JAB 1-2 e 3-4) e o ramal Mario Brigido 1-2. Alternativas tais como reconstrução das linhas nas mesmas faixas
de servidão ou reforços estruturais nas torres para comportar cabos duplos tornar-se-iam dispendiosos e demorados
ou ainda poderiam ser inviabilizados por razões técnicas, licenças e/ou embargos ambientais.
Para fundamentação da solução adotada iniciamos com uma abordagem discorrendo sobre as etapas desde os
estudos preliminares que contemplam tabelas analíticas dos condutores, ACCR 780-T10 para HBO-JAB e ACCR 480T13 para o Ramal Mário Brígido, e das temperaturas de trabalho dos mesmos, até as arrojadas técnicas para se fazer
instalação desses condutores em travessias e demais locais deveras críticos.
2. Desenvolvimento
2.1 Expansão do Sistema de Elétrico da Baixada Santista
2.1.1 Histórico
A principal fonte de suprimento para a região da Baixada Santista, na área de concessão da CPFL Piratininga é a
subestação (SE) Baixada Santista, de propriedade da ISA_CTEEP. Nessa subestação conectam-se seis circuitos de
transmissão em 88 (kV), de propriedade da CPFL Piratininga, interligando a SE Baixada Santista com a SE Henry
Borden, da EMAE. Dessa subestação derivam quatro circuitos de transmissão em 88 (kV), de propriedade da CPFL
Piratininga, interligando a SE Henry Borden com a SE Jabaquara (CPFL Piratininga). Esses quatro circuitos, dispostos
em duas linhas de transmissão para circuito duplo, operam em paralelo e atendem diversas subestações de clientes
particulares em 88 (kV), consumidores dos municípios de Cubatão, Santos, São Vicente, além do Porto de Santos.
Estima-se que esses quatro circuitos atendam uma população da ordem de 400 mil habitantes. Estudos de fluxo de
potência em regime permanente realizados pela Gerência de Planejamento do Sistema Elétrico (OEP) da CPFL
Piratininga sinalizaram elevados carregamentos em três circuitos remanescentes, quando da saída de um dos quatro
circuitos. Esses elevados carregamentos poderiam comprometer não só a qualidade e a confiabilidade, mas
principalmente a expansão econômica da região, com consequente aumento de demanda. Para evitar essas restrições a
CPFL Piratininga propôs a elevação da capacidade de transporte de energia dos circuitos. Essa alternativa levou em
consideração as enormes dificuldades para a construção de novos circuitos entre as subestações Henry Borden da
EMAE e Jabaquara da CPFL Piratininga, além da quase impossibilidade física de expansão dos barramentos de 88 (kV)
dessas subestações, para receber novos circuitos. Mesmo considerando a elevação da capacidade dos quatro circuitos
existentes, a impossibilidade de reconstrução das estruturas levou a CPFL Piratininga a estudar alternativas que
viessem ao encontro das necessidades de transporte, mas que não necessitasse de grandes reforços nas estruturas
existentes. Assim, a alternativa escolhida foi a utilização de condutores de alta capacidade e baixa flecha.
Em relação ao recondutoramento do ramal Mario Brigido, a obra foi necessária para garantir o pleno atendimento do
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crescimento da demanda para os próximos 10 anos (horizonte dos estudos de planejamento).
2.1.2 Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico da Baixada Santista
A figura 1 ilustra o diagrama unifilar do sistema elétrico da Baixada Santista com os quatro circuitos a serem
recapacitados das linhas de circuito duplo HBO-JAQ 1-2 e 3-4, e o ramal Mario Brigido, que também foi incluído no
programa de recapacitação do sistema da Baixada. Observa-se no diagrama abaixo que o projeto de recapacitação dos
circuitos 1-2 da linha Henry Borden foi até a derivação com o ramal para a SE Mario Brigido e a recapacitação dos
circuitos 3-4 foi até a derivação do ramal para a SE Santos que não foi recapacitado.
No item 2.1.3 serão apresentados os novos valores de corrente (A) e potência aparente (MVA) para cada um dos
projetos.
Figura 1 - Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico da Baixada Santista
2.1.3 Planos de Expansão - Recapacitação
Neste item serão definidos os novos valores de corrente e potência para obter o aumento de capacidade necessário
para o crescimento de carga dos consumidores residenciais e industriais da Baixada Santista, além de manter o ótimo
nível de qualidade e confiabilidade do sistema.
A configuração inicial das linhas Henry Borden – Jabaquara 1-2 e 3-4 consiste em duas linhas de duplo circuito com 1
condutor CAA 636 GROSBEAK por fase. A capacidade de transporte deste condutor em operação normal é de 900 (A),
o que corresponde à potência aparente de 138 (MVA) operando em 88 (kV). O departamento de planejamento
determinou o aumento de capacidade correspondente a 2 condutores CAA 636 por fase, ou seja, dobrar a capacidade
da linha. Desta forma, a linha recapacitada deverá ter capacidade de transportar em operação normal 1800 (A), o que
corresponde a 276 (MVA).
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A outra linha que também foi recapacitada para atender ao crescimento da demanda no horizonte de planejamento da
área de influência dessa linha, tinha como configuração original uma linha de duplo circuito com 1 condutor CAA 336
LINNET por fase. A capacidade de corrente com este condutor era de 600 (A) em operação normal, o que corresponde a
91 (MVA) em 88 (kV). A Gerência de Planejamento do Sistema Elétrico determinou aumento de capacidade
correspondente ao condutor convencional CAA 954 RAIL. Desta forma, a linha recapacitada deverá ter capacidade 1150
(A) em operação normal, o que corresponde a 176 (MVA) em 88 (kV).
Tabela 1 - Valores de Corrente e Potência Antes e Depois da Recapacitação
ANTES RECAPACITAÇÃO
APÓS RECAPACITAÇÃO
CORRENTE
POTÊNCIA
CORRENTE
POTÊNCIA
(A)
(MVA)
(A)
(MVA)
HBO-JAQ 1-2
900 A
138 MVA
1800 A
276 MVA
HBO-JAQ 3-4
900 A
138 MVA
1800 A
276 MVA
RAMAL MARIO BRIGIDO
600 A
91 MVA
1150 A
176 MVA
NOME DA LINHA
2.2 Avaliação da Alternativa de Reconstrução das Linhas de Alta Tensão na Baixada Santista
A alternativa mais convencional para a recapacitação de linhas de alta tensão é a reconstrução das linhas na mesma
faixa de servidão. Para obter valores de correntes superiores aos condutores existentes é necessário a utilização de
condutores de bitola superior ou utilizar a configuração de 2 condutores por fase. Estas duas opções implicam em
aumento significativo de peso, diâmetro e, consequente, aumento nos esforços mecânicos das estruturas existentes. As
torres nas linhas HBO-JAQ 1-2, 3-4 foram projetadas para suportar condutores 4/0 de Cobre. Estudos mostraram que
esta família de torres suportariam 1 condutor CAA 636 com tração EDS em torno 10% da carga de ruptura do cabo,
porém não suportaria uma nova configuração de 2 condutores CAA 636 por fase. No caso do ramal Mario Brigido as
torres existentes também não suportariam a troca de 1 condutor CAA 336 LINNET por 1 condutor CAA 954 RAIL.
Em ambas as situações seriam necessárias as trocas das estruturas existentes por estruturas maiores e mais fortes, ou
a inserção de torres intermediárias em toda a linha para manter as distâncias de segurança.
As linhas de alta tensão HBO-JAQ 1- 2, 3-4 e o trecho de linha que interliga com a Subestação Mario Brigido, quando
foram projetadas, eram linhas com aspecto rural, em um ambiente de mata nativa e manguezal. Com o constante
crescimento populacional na região, grande parte do que era mata foi tomado pela cidade que impossibilita a ampliação
da faixa de servidão, outros trechos das linhas onde o mangue está preservado são áreas alagadas onde qualquer
intervenção é inviável, tanto pelo aspecto da preservação do meio ambiente nativo, quanto pelos altos custos e elevados
tempos para a reconstrução.
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Os itens 2.2.1 e 2.2.2 abordarão aspectos técnicos e ambientais avaliados que inviabilizaram a reconstrução das linhas,
pois aumentaria demasiadamente os custos e os tempos de execução da obra.
2.2.1 Reconstrução das Linhas em Áreas Preservadas - Aspectos Ambientais
Observa-se na figura 2 que a região, onde estão localizadas as duas linhas de duplo circuito HBO-JAQ 1-2 e 3-4, é uma
área totalmente alagada com um terreno pouco estável sendo necessário fundações especiais tipo estaca raiz.
Figura 2 - Exemplo do tipo de solo em áreas de manguezais
A imagem por si só já justifica a busca por soluções mais amigáveis para o meio ambiente. A reconstrução das linhasou
a construção de novas linhas neste tipo de terreno tornam os custos de material e de mão de obra caros, dificultando ou
mesmo impossibilitando o processo para obtenção de licenças ambientais.
O recondutoramento é uma alternativa mais amigável, pois não interfere no meio ambiente, dispensa algumas licenças
ambientais e os custos da obra são mais previsíveis e fáceis de serem controlados. Obras complexas que exigem
licenças ambientais e sem prazo determinado para a liberação, podem acarretar em erros significativos no orçamento
final.
2.2.2 Reconstrução das Linhas em Áreas Urbanas densamente Povoadas - Aspectos Sociais
A reconstrução de linhas em áreas urbanas como uma alternativa para projetos de recapacitação exige a instalação de
novas torres mais fortes e mais robustas. Como pode ser observado na figura 3, grandes obras em linhas urbanas
provoca uma grande interferência na comunidade local. O recondutoramento, que simplesmente substitui o condutor
existente por outro condutor, minimiza as interferências nas áreas urbanas e evita possíveis desapropriações de terras
em geral necessárias na reconstrução de linhas.
Figura 3 - Fotos da Linha e Faixa de Servidão no Trecho Urbano da Recapacitação
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2.3 Recondutoramento com Condutor de Alta Capacidade e Baixa Flecha
Este método de recapacitação consiste na substituição de condutor existente por um condutor de alta temperatura e
baixa flecha, utilizando as mesmas estruturas e faixa de servidão minimizando os impactos ambientais e sociais.
O condutor 3M ACCR é um Condutor de Alumínio Reforçado por Compósito Metálico utilizado em linhas de transmissão
aérea, tem aspectos construtivos similares ao condutor CAA, possui vários fios na alma e nas coroas de alumínio, e
pode operar em regime contínuo até 210°C e em emergência até 240°C. Projetado para aumentar de duas a três vezes
a capacidade de transmissão de energia, mantém as torres existentes sem necessidade de aquisição de faixa de
servidão adicional.
Nas Linhas de alta tensão HBO-JAQ 1-2, 3-4 e o ramal Mário Brigido, os condutores ACCR foram projetados dentro dos
limites de trações dos condutores existentes, dessa forma todas as torres foram mantidas, e em algumas torres foi
adotado a tecnologia Isolador tipo Pilar no lugar das mísulas a fim de atender as distancias de segurança segundo
requisitos da NBR 5422 e normas internas da CPFL Piratininga.
Os resultados dos cálculos para a seleção do condutor ACCR que atendeu os requisitos mecânicos e elétricos da linha,
bem como os cálculos de tração e flecha, estão apresentados na tabela 2 para a linha HBO-JAQ 1-2 e 3-4, e na tabela 3
para o ramal Mario Brigido.
Tabela 2 - Estudo comparativo entre o condutor existente e o condutor selecionado para o recondutoramento da Linha
HBO-JAQ 1-2 e 3-4
Tabela 3 - Estudo comparativo entre o condutor existente e o condutor selecionado para o recondutoramento do Ramal
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Os condutores ACCR selecionados como soluções para atender todos os requisitos mínimos para o recondutoramento
das linhas Henry Borden e Mario Brigido formam os condutores ACCR 780-T10 PUFFIN para os quatro circuitos da linha
HBO-JAQ e ACCR 480-T13 FLICKER para os dois circuitos do ramal Mario Brigido. .
Para o cálculo da capacidade de corrente foi utilizado o método IEEE std 738-2006. As condições ambientais utilizadas
no cálculo foram: Temperatura ambiente 30 (°C), velocidade de vento 1 (m/s), radiação solar 1000 (w/m²), absorção e
emissividade 0,5.
As figuras abaixo mostram as curvas de corrente por temperatura dos condutores.
Figura 4 - Curva de Corrente (A) x Temperatura (°C) do condutor ACCR 780-T10 PUFFIN
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Figura 5 - Curva de Corrente (A) x Temperatura (°C) do condutor ACCR 480-T13 FLICKER
Após a definição dos condutores especiais de baixa flecha para o recondutoramento das linhas de alta tensão foram
elaborados os projetos executivos. O projeto final foi elaborado no software PLS CADD, no projeto executivo da linha foi
verificado as trações mecânicas em todas as estruturas e todas as distâncias de segurança em todos os vãos da linha
de acordo com as normas internas CPFL Piratininga e NBR 5422.
A figura 6 ilustra o projeto no software PLS CADD em um tramo crítico da linha HBO-JAQ 1-2 entre as torres 52 e 57.
Figura 6 - Perfil da Linha Recondutorada com o Condutor ACCR 780-T10 entre as torres 52 e 57
Em todas as torres de suspensão de todos os circuitos da linha HBO-JAQ foram projetadas a inserção de isoladorestipo
Pilar substituindo as mísulas metálicas. A figura 7 ilustra esta configuração Isolador tipo Pilar.
Os objetivos desta modificação foram:
1. Evitar o toque acidental dos condutores nas torres de suspensão da família T2, que são estreitas, provocado pelo
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balanço do vento;
2. Preparar a linha para operação futura em 138 (kV). Os circuitos atualmente estão em operação na tensão de 88
(kV);
3. Aumentar a distância de segurança cabo-solo em vãos críticos nas áreas urbanas.
Figura 7 - Configuração de Torre de Suspensão Tipo Pilar
2.4 Desafios na Instalação dos Condutores na Recapacitação
Para a troca de condutores de uma dada linha de transmissão o método mais seguro e rápido é o desligamento detodos
os circuitos existentes a serem recondutorados, contudo as condições adversas de operação da linha normalmente não
têm permitido isso. O uso de técnicas como a construção de um circuito temporário em paralelo tem sido uma excelente
alternativa, porém não é aplicável quando se tem faixas estreitas ou locais de difícil acesso.
Com a impossibilidade de desligar a linha durante todo o tempo o modelo adotado foi do prévio desligamento de apenas
um dos dois circuitos fora horário do pico de consumo. Então um dos circuitos era desligado pela manhã e devolvido ao
final da tarde para que a operação pudesse contar com ele nos horários de demanda alta.
Com um curto intervalo de tempo para a execução dos trabalhos, as atividades tiveram que ter uma programação
bastante planejada e cuidadosa, de forma que todo condutor que tivesse seu processo de lançamento iniciado pudesse
atravessar o tramo e que ele fosse efetivamente conectado, mesmo que temporariamente aos outros condutores
existentes nas extremidades em tempo hábil para a devolução da fase para a operação da CPFL Piratininga. Por vezes
foi feita a energização com conexão temporária entre o condutor convencional e novo condutor através de grampos
paralelos especiais.
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Figura 8 - Energização em roldanas e conexão temporária com grampo paralelo
2.4.1 Instalação na Linha 88 kV Henry Borden - Jabaquara 1-2
A instalação da linha HBO-JAQ 1-2 teve uma dose extra de desafio por se tratar de uma troca de condutores numa
região onde há predominância de uma vasta área de manguezal. A menor das ferramentas utilizadas na obra ou
acessórios e ferragens necessárias na linha tornavam-se empecilhos praticamente intransponíveis. Houve a
necessidade da adoção de critérios de planejamento que contemplassem também a movimentação das marés.
Figura 9 - Transporte de ferramentas no Manguezal
Com a impossibilidade de acesso com quaisquer veículos motorizados foi orquestrado um plano que previa que quando
as águas se encontrassem em um nível mais elevado (cheia) seria utilizado um barco para transporte pessoas,
ferramentas e acessórios ao local da instalação. Quando se dava a diminuição do nível das águas (vazante) a
caminhada sobre o lodo do mangue seria o único meio possível de chegar ao local da instalação. Coordenar o fluxo das
marés que se alteravam com períodos de 6 horas em 6 horas e o período curto de desligamento da linha realmente
tornaram as atividades bastante desgastantes aos trabalhadores e a supervisão, que por força das condições ambientais
eram rotineiramente colocados a prova para elaborarem dia a dia um plano de contingência que previsse que todo o
cabo que fosse lançado teria que ser energizado ao final de cada jornada de trabalho.
Dois condutores foram necessários para drenar a corrente do novo condutor que tem o dobro da capacidade dos cabos
convencionais. Para isso foi adotada nos extremos da linha uma chapa adaptadora que tem o propósito de conectar dois
terminais a um só ponto de derivação e também adequar a furação padrão Nema 4 furos à furação padrão Nema 3 furos.
Figura 10 - Derivação de 1 ACCR x 2 ACSR com chapa adaptadora
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2.4.2 Instalação na Linha 88 kV Henry Borden - Jabaquara 3-4
O recondutoramento da linha HBO-JAQ 3-4 está previsto para ser iniciado em agosto de 2014. Os desafios são
similares aos da linha 1-2, pois tem a mesma configuração, são paralelas e cortam as mesmas regiões alagadas.
2.4.3 Ramal Mario Brigido
Não obstante das demais instalações na Baixada Santista o recondutoramento em área urbanas densamente povoadas
e de transito intenso esbarram nas dificuldades de efetivo acesso local da instalação e na falta de locais para a
confecção das praças de lançamento ao longo da linha.
O novo condutor também teve pontos críticos de cruzamentos com redes de distribuição de energia, canais, avenidas e
ruas muito movimentadas que trouxe uma adicional preocupação com segurança dos moradores, veículos e transeuntes
da região. Adotaram-se meios técnicos ainda mais seguros de lançamento. Incrementou-se então ao método de
lançamento tensionado o apoio de várias roldanas ao logo do vão, de forma que em caso de perda repentina de tração
entre as máquinas de lançamento, o cabo ainda permanecesse elevado e com altura suficiente para não comprometer a
passagem de veículos ou pessoas sob o condutor. Esta técnica é muito difundida na instalação de cabos do tipo OPGW
sobre linhas energizadas, ainda que mais trabalhosa e demorada foi escolhida para assegurar a integridade da
população e dos funcionários da construtora durante a realização dos trabalhos.
Figura 11- Fotos sobre a técnica de lançamento com roldanas de apoio
3. Conclusões
O objetivo de aumentar a capacidade de corrente nas linhas HBO-JAQ e no ramal Mario Brigido utilizando a técnica do
recondutoramento foi um sucesso. Os resultados vêm comprovando que a solução adotada pela CPFL Piratininga não
acumulou custos adicionais, simplificou as autorizações ambientais, evitou grandes interferências em centros urbanos e
foi finalizada dentro do cronograma previamente estabelecido.
O recondutoramento com o condutor ACCR foi muito eficaz, pois garantiu a integridade dos transeuntes e funcionários da
construtora, não registrando incidentes, acidentes ou danos a terceiros durante a execução da obra. Ainda que seja muito
trabalhoso, trocar condutores numa área critica é muito mais fácil e rápido que executar uma obra onde envolva fundações ou
construção de torres. Ademais os riscos técnicos, embargos ambientais e adversidade do projeto nesses locais deixariam a obra
muito mais cara e demoradas.
A complexidade do trabalho, aliando o fluxo das marés e os desligamentos previamente planejados, deixa uma certeza de que
soluções convencionais, que envolvem fundações e/ou reforços estruturais, dificilmente seriam efetivamente viabilizadas em tempo
hábil numa região tão critica como esta da Baixada Santista.
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4. Referências bibliográficas
ABNT NBR 5422, Projetos de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia - Precedimento, Fevereiro de 1985;
ABNT NBR 7270, Cabos de Alumínio Nus com Alma de Aço Zincado para Linhas Aéreas, 2009;
IEEE Std 738, IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors, 1993;
3M - SPECIFICATION FOR FIBER REINFORCED ALUMINUM MATRIX COMPOSITE WIRE - Standard Specificationfor
Fiber Aluminum Matrix Compasite (AMC) Core Wire for Aluminum Conductors Composite Reinforced (ACCR), 2009;
3M ACCR - CONDUTOR DE ALUMÍNIO REFORÇADO POR COMPÓSITO - Catálogo Técnico;
3M - Standard Test Methods Available for Evaluating 3M ACCR Constituent Materials, 2009;
FUCHS, R.D., Transmissão de Energia Elétrica: Linhas Aéreas; Teoria das linhas em regime permanente. Rio de
Janeiro, Livros Técnicos e Científicos; Itajubá, Escola Federal de Engenharia; 1977;
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