21 - Transmissão de Energia Elétrica
 

As linhas de transmissão são os equipamentos empregados para transportar grandes blocos de energia por grandes distâncias, entre os centros "geradores" e os centros consumidores. Uma linha de transmissão de energia elétrica possui quatro parâmetros básicos: resistência série, indutância série, capacitância em derivação e condutância em derivação. Estes parâmetros influem diretamente no seu desempenho como componente de um sistema elétrico de potência, mas a condutância em derivação (utilizada para representar a fuga pelos isoladores e Corona de linhas aéreas ou isolação dos cabos subterrâneos) geralmente é desprezada por ser muito pequena.

Segue, abaixo, a classificação geral das linhas de um sistema elétrico de potência:

21.1) Quanto à Tensão Nominal (Vn):

a) Linhas de Transmissão:

b) Linhas de Subtransmissão:

c) Linhas de Distribuição Primária:

d) Linhas de Distribuição Secundária:

Vn >= 230 k[V]

69 <= Vn k[V] < 230

2,4 <= Vn k[V] < 69

127 V / 220 V

Detalhadamente, tem-se a tabela:

 

Tabela - Tensões e Categorias de Linhas de Distribuição / Transmissão.

Tensão Nominal
Tensão Máxima
Categoria
11 kV ou 13,8 kV
15 kV
distribuição (AT)
33 kV ou 34,5 kV
38 kV
distribuição / transmissão (AT)
62 kV ou 69 kV
72,5 kV
subtransmissão (AT)
132 kV ou 138 kV
145 kV
transmissão (AT)
220 kV ou 230 kV
242 kV
transmissão (AT)
* 330 kV ou 345 kV
362 kV
transmissão (EAT)
500 kV
550 kV
transmissão (EAT)
750 kV
800 kV
transmissão (EAT)
* 1200 kV (atende Moscou - capital da Rússia)
transmissão (UAT)

* não padronizado no Brasil.

AT - alta tensão;

EAT - extra-alta tensão;

UAT - ultra-alta tensão.


21.2) Quanto à Apresentação:

a) Subterrâneas: cabos isolados alojados em valas ou túneis;

b) Aéreas: mais comuns;

c) Mistas: possuem partes subterrâneas e aéreas ao longo do comprimento.


21.3) Quanto ao Tipo:

a) Radiais c/ 2 Terminais: a contribuição do curto-circuito é feita por ambos os terminais da linha;

b) Radiais Paralelas: possuem o problema do acoplamento mútuo, porém, existe um fator de compensação de mútua;

c) Radiais Multiterminais: mais comuns, possuem o maior custo-benefício e dispensam a construção de subestações.


21.4) Quanto ao Comprimento:

a) Linhas Curtas: modelo de parâmetro concentrado; podem ser equivalentadas por um circuito elétrico do tipo R-L.

* condições de contorno:

Vn < 150 [kV] e 60 <= l [km] <= 80 ou
150 <= Vn [kV] < 400 e l <= 40 [km] ou
Vn >= 400 [kV] e l <= 20 [km]  

b) Linhas Médias: modelo de parâmetro concentrado; podem ser equivalentadas pelo modelo "PI" ou "T".

* condições de contorno:

150 <= Vn [kV] <= 400 e l <= 200 [km] ou
Vn > 400 [kV] e l < 100 [km]  

c) Linhas Longas: modelo de parâmetro distribuído; difíceis de serem equivalentadas - programas como o MATLAB possuem modelos prontos de linhas longas para serem simulados.

* condições de contorno:

l > 240 [km]


21.5) Quanto à Impedância (Z):

a) Seqüência Positiva (Z1): impedância em regime permanente da linha;

b) Seqüência Negativa (Z2): impedância em regime permanente da linha;

Obs.: em linhas de transmissão os fasores Z1 e Z2 são iguais.

c) Seqüência Zero (Z0): Z0 = (2 a 6) x Z1

A impedância característica de uma linha de transmissão é dada por um número complexo, ou seja:

  (1)

A impedância de surto de uma linha de transmissão é igual a um número real:

  (2)
 

21.6) Quanto à Homogeneidade:

a) Homogêneas: não há variação da impedância ao longo da linha;

b) Não-homogênea: formadas por duas ou mais partes com características de impedâncias diferentes.

 

b1) Linhas Aéreas / Subterrâneas;

b2) Linhas Compensadas com Capacitores Série.

Obs.: a resistividade do solo varia ao longo da linha.


21.7) Quanto à Finalidade:

a) Nível de Consumidor;

b) Nível de Rede.


21.8) Aspectos Físicos:

a) Estruturas Metálicas: clique no link, ao lado: 22 - Estruturas Metálicas para Linhas de Alta Tensão

b) Isoladores: os condutores das linhas de transmissão devem ser isolados eletricamente de seus suportes e do solo, o que nas linhas aéreas é feito basicamente pelo ar que os envolve, auxiliado por elementos feitos de material dielétrico, denominados isoladores. Dessa estrutura isolante que é dimensionada em função das solicitações elétricas a que são submetidas, dependem as dimensões da parte superior dos suportes. Nas linhas aéreas de transmissão são empregados isoladores confeccionados com material sintético composto, porcelana vitrificada ou vidro temperado.

A poluição de isoladores ocorre através da deposição de material contaminante quer seja de origem industrial, marítima ou ambiental. Esses depósitos, juntamente com a presença de umidade, e tensão elétrica mais elevada propiciam o surgimento de descargas superficiais que podem evoluir para o fechamento de um arco voltáico sobre a cadeia de isoladores e conseqüente interrupção no fornecimento de energia. Os processos de monitoração da contaminação dos isoladores mais utilizados são: inspeções noturnas, medição de ESDD (densidade equivalente de sal depositado) e medição de corrente de fuga. A utilização de sensores não invasivos e técnicas de reconhecimento de padrões vêm sendo introduzidas para monitoração desse fenômeno.

c) Condutores: clique no link, ao lado: 23 - Cabos e Linhas de Transmissão

d) Cabo Pára-Raios: a função principal dos cabos de guarda ou pára-raios das linhas aéreas de transmissão é a de interceptar as descargas atmosféricas e evitar que estas atinjam os condutores, reduzindo assim as possibilidades de ocorrerem interrupções no fornecimento de energia elétrica pelas linhas.

e) Catenária, Flecha e Vão: um condutor de peso uniforme entre os apoios A e B situados à mesma altura forma uma curva chamada catenária. A distância f entre o ponto mais baixo situado no centro da curva e a reta AB, que une os apoios, recebe o nome de flecha. Chama-se vão a distância a entre entre os pontos A e B (Figura 01).

Figura 01 - Catenária, Flecha e Vão formados por um Condutor.

 

f) Esferas de Sinalização: para a segurança do vôo, devem ser sinalizadas as linhas de transmissão que adentrem o gabarito de aproximação de aeroportos e aeródromos, cruzamentos com rodovias, ferrovias, rios e lagos, estruturas de grande porte sobre serras e vales profundos, bem como aquelas que a critério da Aeronáutica represente perigo às aeronaves. As esferas de sinalização para linhas de transmissão mais utilizadas são de material plástico pintadas na cor laranja, com diâmetro de 60 cm e aproximadamente 6 kg (Figura 02). São fixadas nos cabos pára-raios das linhas referidas e devem ser trocados a cada cinco anos. Existem também sinalizadores elétricos que têm a vantagem de serem visíveis mesmo à noite.

Figura 02 - Esfera de Sinalização.

 

g) Trajeto: o trajeto das linhas de transmissão é definido a partir da necessidade das empresas do setor eletro-energético interligarem locais de distribuição de energia elétrica, ou trazerem esta das usinas "geradoras" até os centros consumidores.

h) Faixa de Servidão: as faixas de segurança, ou faixas de servidão, são áreas sobre as quais passam as linhas de transmissão de energia elétrica. Essas faixas têm a largura determinada em função do tipo da linha que é instalada. A partir da construção das linhas, os proprietários desses terrenos podem fazer o uso de suas terras com algumas limitações, em razão da necessidade de preservar a segurança das pessoas, evitando acidentes e prevenir problemas com as linhas de transmissão. As empresas de energia elétrica pagam uma indenização aos proprietários das terras atingidas pela passagem das linhas e pela limitação do uso dos terrenos definidos como faixa de servidão. Os proprietários das habitações que estiverem no trajeto das linhas e que ficarem dentro da faixa de servidão também serão indenizados por essas empresas. As habitações serão removidas, visando à segurança das pessoas e instalações.

Antes de construir próximo às linhas de transmissão, o proprietário deve se certificar com a empresa de energia elétrica a distância permitida necessária. As plantações na faixa de servidão podem ser feitas desde que as culturas em sua idade adulta não atinjam alturas acima dos limites estabelecidos pela empresa de energia elétrica. Em geral, em terrenos planos, sob as linhas de tensão igual ou superior a 138 kV, as culturas não devem passar de 3 metros de altura, como, por exemplo, milho, trigo, soja, girassol, verduras, flores. A plantação de cana-de-açúcar não é permitida, pois as queimadas provocam o desligamento das linhas de transmissão. Para terrenos acidentados, onde os cabos das linhas são bastante altos, outras culturas de maior porte podem ser plantadas, mas é necessária a autorização da empresa responsável pela transmissão da energia elétrica.


21.9) Caracterísicas Elétricas e Físicas:

a) Efeito da Transposição: em uma linha trifásica, com espaçamento assimétrico, a indutância das fases é diferente e o circuito é deseqüilibrado. Por intermédio da transposição da linha é possível restaurar o eqüilíbrio das fases, do ponto de vista dos terminais da linha. A transposição consiste em fazer com que cada fase ocupe cada uma das posições nas torres por igual distância (para uma linha trifásica, três são as posições possíveis e deve-se fazer com que cada fase ocupe 1/3 do comprimento da linha em cada uma das três posições). Isso é mostrado na Figura 03, abaixo:

Figura 03 - Transposição em Linhas Trifásicas.

 

b) Ruídos:

 

b1) Descarga Corona (Corona Discharge): o efeito Corona ocorre quando um forte campo elétrico associado com um condutor de alta tensão ioniza o ar próximo ao condutor. O ar ionizado pode se tornar azul e se tornar audível em forma de "estalos". O efeito Corona também libera partículas de Oxigênio (O2) e produz Ozônio (O3), um gás corrosivo que destrói equipamentos de linhas de potência e coloca em perigo a saúde humana. Este efeito gera ruído eletromagnético de largo espectro. Geralmente, quanto maior a tensão, maior o efeito Corona. Este também aumenta com a umidade e chuva porque tornam o ar mais condutivo. O ruído de Corona induzido é geralmente pior durante a chuva, quando a precipitação cai em forma de gotas nas bordas inferiores das linhas de transmissão. A tentativa de localizar estas fontes raramente vale o esforço porque pouco pode ser feito para eliminá-lo;

b2) Intervalo de Centelha (Spark-gap): ruídos causados por falhas em isoladores causam a maioria das interferências em linhas de transmissão. Isto ocorre sempre que uma centelha (faísca) "salta" entre dois condutores, havendo diferença de potencial suficiente entre estes para ionizar o ar na distância entre eles. A ionização diminui a resistência do ar e quando esta diminui suficientemente para suportar a condução, a centelha "salta" e uma corrente elétrica flui através do ar ionizado. A resistência do canal ionizado varia consideravelmente, causando variações de corrente que podem ser induzidas nas linhas de transmissão e propagadas posteriormente. O ruído de centelhamento geralmente diminui com a freqüência, uma característica que pode ser muito útil quando se rastreia a interferência. Uma exceção a esta regra ocorre quando as linhas de potência conectadas à fonte do ruído se tornam ressonantes em uma ou mais freqüências em particular. Desta forma, o ruído pode apresentar picos justamente nestas freqüências.

c) Proteção Elétrica:

A interligação do sistema elétrico de potência trouxe, além de vantagens econômicas, novos problemas para o sistema como um todo. Em sistemas interligados, as perturbações causadas por uma falta podem se estender a todo o sistema, pois a corrente que circula durante um curto-circuito é aumentada, obrigando a instalação de um sistema de proteção de maior funcionalidade. Pela própria natureza do sistema elétrico de potência, o elemento mais vulnerável a falhas é a linha de transmissão, especialmente se for considerada sua dimensão física, visto que ela fica exposta a toda sorte e risco como intempéries, descargas atmosféricas, entre outros.

 

c1) Linhas Curtas: proteção principal » função 50 / 51 (relé de sobrecorrente instantâneo / temporizado);

c2) Linhas Médias / Longas: proteção principal » função 21 (relé de distância).