Redes de Transmissão Elétrica – Linhas Aéreas EHT e HT
Redes de Transmissão Elétrica e Linhas Aéreas
Nos sistemas de energia elétrica, as Tensões Extraordinariamente Altas (TEA, onde a tensão V≥150 kV) e as Tensões Altas (TA, com 60 kV ≤ V <150 kV) são comumente utilizadas para a transmissão de energia. O uso desses níveis de alta tensão serve para reduzir a corrente que flui pelas linhas de transmissão. De acordo com a lei de Joule, W=RI2t=UIt, onde W representa a energia dissipada como calor, R é a resistência do condutor, I é a corrente, t é o tempo, e U é a tensão. Ao diminuir a corrente, torna-se possível reduzir a seção transversal dos condutores, minimizando assim as perdas de potência devido ao efeito Joule.
As redes de transmissão geralmente têm origem em usinas e subestações. Embora as linhas aéreas sejam o componente predominante em muitas áreas, em ambientes urbanos, cabos isolados subterrâneos são frequentemente uma necessidade devido a restrições de espaço e considerações estéticas.
Linhas aéreas TEA e TA são compostas principalmente pelos seguintes elementos-chave:
O equipamento de transmissão de energia é projetado com o objetivo de minimizar a formação de descarga de corona. Os anéis de corona, como ilustrado na Figura 1, desempenham um papel crucial nesse sentido. Ao espalhar o campo elétrico sobre uma área maior, eles reduzem o gradiente do campo abaixo do limiar de corona, suprimindo efetivamente a descarga de corona. Isso não apenas ajuda a prevenir as perdas de energia associadas à corona, mas também reduz o ruído audível e a interferência eletromagnética, contribuindo para a eficiência e confiabilidade geral do sistema de transmissão.
Proteção Contra Raios para Linhas Aéreas e o Papel dos Cabos OPGW
Uma das principais ameaças às linhas aéreas é o raio. Essas linhas estão expostas ao risco de descargas atmosféricas ao longo de todo o seu comprimento, o que significa que a proteção fornecida apenas por parafusos de descarga nas subestações é insuficiente. Medidas adicionais de proteção são essenciais para garantir a confiabilidade e a segurança do sistema de transmissão.
Para abordar esse problema, "fios de proteção contra raios aéreos" são instalados ao longo de todo o percurso das linhas aéreas. Entre esses, os cabos Optical Power Ground Wire (OPGW) são amplamente utilizados devido à sua dupla funcionalidade. Um cabo OPGW possui uma estrutura tubular que aloja um ou mais fibras ópticas de modo único no seu núcleo. Esta montagem de fibras centrais é então cercada por várias camadas de fios de aço e alumínio.
As camadas externas condutivas do cabo OPGW desempenham um papel crucial na proteção elétrica. Elas conectam torres de transmissão adjacentes ao solo, criando um caminho de baixa resistência para as correntes de raio. Fazendo isso, elas protegem efetivamente os condutores de alimentação de descargas atmosféricas diretas, reduzindo a probabilidade de danos às linhas de transmissão principais.
Simultaneamente, as fibras ópticas dentro do cabo OPGW oferecem significativas vantagens de comunicação. Essas fibras podem ser empregadas para transmissão de dados de alta velocidade, atendendo a diversas necessidades no setor de utilidades elétricas. Elas são usadas para aplicações internas, como a proteção e controle de linhas de transmissão, permitindo monitoramento em tempo real e resposta rápida a possíveis problemas. Além disso, suportam as necessidades de comunicação de voz e dados, facilitando a coordenação sem emendas entre diferentes partes da rede de energia.
As próprias fibras ópticas possuem excelentes propriedades de isolamento, que fornecem proteção inerente contra indução elétrica das linhas de transmissão de energia e raios. Elas também são altamente resistentes a ruídos externos e interferências cruzadas, garantindo a integridade dos dados transmitidos. Além disso, as fibras ópticas têm perdas de transmissão extremamente baixas, tornando-as ideais para transferência de dados de alta velocidade e longa distância, sem degradação significativa do sinal.
A Figura 2 ilustra um exemplo típico de um cabo OPGW, destacando sua estrutura única e como ele combina capacidades de proteção elétrica e comunicação, tornando-o um componente indispensável nos sistemas modernos de linhas aéreas de transmissão.
Em certos países, para linhas aéreas mais antigas operando em um nível de tensão de 72,5 kV, uma abordagem particular de proteção contra raios foi usada no passado. Historicamente, apenas as primeiras quatro ou cinco seções adjacentes às subestações eram equipadas com medidas de proteção, e cabos de Condutor de Alumínio Reforçado com Aço (CARA) eram usados para esse propósito. No entanto, essa solução foi agora abandonada. O cabo Optical Power Ground Wire (OPGW) tornou-se a escolha preferida, pois não apenas oferece proteção eficaz contra raios, mas também permite a comunicação de dados entre subestações, fornecendo uma solução mais abrangente e versátil.
Cabos isolados comumente apresentam isolamento de polietileno reticulado (PEX). Esses cabos geralmente têm condutores de alumínio e são projetados para aplicações monofásicas. O uso de isolamento PEX fornece excelentes propriedades elétricas, resistência mecânica e durabilidade, tornando-o adequado para a transmissão de energia.
Redes de transmissão de Tensões Extraordinariamente Altas (TEA) e Tensões Altas (TA) frequentemente adotam uma configuração em "anel". Como mostrado na Figura 3, essa configuração é caracterizada por um grau significativo de complexidade. A configuração em anel oferece confiabilidade e flexibilidade aprimoradas na distribuição de energia, permitindo uma melhor compartilhamento de carga e manutenção e operação mais fáceis da rede. Ela permite o redirecionamento de energia em caso de falha ou trabalho de manutenção, minimizando interrupções no fornecimento de energia e garantindo um sistema de transmissão mais estável e eficiente.
