Linhas Aéreas e Torres de Energia: Tipos, Design e Segurança
Além das subestações de corrente alternada de ultra-alta tensão, o que encontramos com mais frequência são as linhas de transmissão e distribuição de energia. Torres altas carregam condutores que saltam sobre montanhas e mares, estendendo-se ao longe antes de chegar às cidades e vilas. Este também é um tópico interessante—hoje, vamos explorar as linhas de transmissão e suas torres de suporte.
Transmissão e Distribuição de Energia
Primeiro, vamos entender como a eletricidade é entregue. A indústria de energia elétrica consiste principalmente em quatro estágios: geração, transmissão, (subestação) distribuição e consumo.
Geração inclui diversos tipos de geradores de energia—tradicionais, como usinas termelétricas a carvão e hidrelétricas, bem como fontes modernas como energia eólica e solar. Todos esses se enquadram na categoria de geração.
Transmissão depende de linhas de transmissão e torres.
Subestação (ou Transformação) utiliza principalmente transformadores. Transformadores de elevação de tensão nas usinas aumentam a tensão para uma transmissão eficiente a longa distância, enquanto os transformadores de redução no lado de distribuição diminuem a tensão para níveis adequados para as redes de distribuição regionais e usuários finais.
Distribuição no lado do consumidor envolve diversos transformadores de redução, bem como equipamentos de média e baixa tensão, disjuntores e fiação.
Consumo refere-se a dispositivos elétricos em residências, bem como ao uso de energia em infraestrutura municipal, edifícios, instalações industriais e outras aplicações.
Em termos de estrutura, as linhas de transmissão são divididas em dois tipos principais: linhas aéreas de transmissão e linhas de cabo. Abaixo está um diagrama esquemático de um sistema de transmissão de energia:
Quais níveis de tensão são adequados para a transmissão de energia a longa distância? Para reduzir perdas de transmissão e melhorar a eficiência, geralmente são utilizadas tensões de CA de 500 kV ou superior para a transmissão de energia. Tensões na faixa de 500 kV a 750 kV são classificadas como Transmissão de Alta Tensão (EHT), enquanto sistemas de 1000 kV de CA são conhecidos como Transmissão de Ultra-Alta Tensão (UAT). Em contraste, linhas operando de tensão média até 110 kV–330 kV são geralmente categorizadas como linhas de distribuição. Note que estas classificações podem variar com o aumento da demanda de energia, capacidade do sistema e padrões de distribuição de energia regional.
Níveis de tensão referem-se à tensão entre fases—ou seja, a tensão entre qualquer duas das três fases (A, B e C). Os 220 volts utilizados em residências é a tensão de fase, que é a tensão entre qualquer fase e o solo. Na realidade, o fornecimento de energia residencial origina-se de um sistema de tensão de linha de 380 volts. Somente na entrada do edifício as três fases (A, B e C) são separadas—cada fase pode alimentar uma unidade diferente de um edifício residencial. O que você comumente vê nas cidades ou comunidades residenciais é uma estrutura quadrada, tipo caixa—esta é uma subestação compacta (ou tipo caixa) (como mostrado na figura abaixo).
A subestação compacta integra equipamentos de tensão média, transformadores e dispositivos de distribuição de baixa tensão. Ela transforma a rede de distribuição urbana de tensão média (geralmente 10 kV ou 20 kV) em energia de 380 V adequada para uso residencial ou municipal. Você pode não ver a fiação, pois as redes de distribuição urbanas na China hoje em dia usam principalmente cabos subterrâneos. No entanto, em algumas áreas residenciais antigas ou rurais, ainda é possível observar linhas aéreas conectando transformadores e então correndo para edifícios ou consumidores individuais.
Em áreas abertas, as linhas aéreas de transmissão que comumente vemos consistem em torres e condutores. Existem diversos tipos de torres, e as linhas de transmissão são categorizadas como corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA).
A geração e o consumo de energia elétrica na China apresentam um desequilíbrio geográfico significativo. Recursos energéticos abundantes, como carvão, vento, sol e hidroeletricidade, estão concentrados nas vastas regiões ocidentais, enquanto os principais centros de carga ficam a milhares de quilômetros de distância, nas regiões centrais e orientais. Esta disparidade geográfica torna a transmissão de energia a longa distância uma solução essencial.
Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento de bases de energia eólica e solar em larga escala, a demanda por transmissão de energia a longa distância continuou a crescer. Como o backbone da entrega de energia, a construção de redes de UAT acelerou, fornecendo forte impulso para a transição energética e o desenvolvimento sustentável da China. Todos esses sistemas de transmissão a longa distância dependem de torres de transmissão e linhas aéreas para interconectar a rede.
Linhas Aéreas de Transmissão
Uma linha aérea de transmissão consiste em condutores suspensos de torres usando isoladores e ferragens, garantindo uma distância de segurança entre os condutores e o solo ou edifícios. A função principal de uma linha de transmissão é entregar energia elétrica, conectar usinas e subestações, permitir operação paralela e integrar o sistema de energia em uma rede unificada.
As linhas aéreas oferecem vantagens como custos de investimento menores, construção mais rápida, instalação simples e conveniente, fácil identificação de falhas e riscos potenciais, e manutenção e reparo diretos. Para transmissão a longa distância, as linhas aéreas são predominantemente utilizadas devido à sua alta capacidade de potência. Quanto maior a distância de transmissão, maior o nível de tensão necessário.
No entanto, como as linhas aéreas são amplamente distribuídas e operam continuamente em ambientes externos, elas são frequentemente afetadas por condições circundantes e fatores naturais. Isso leva a diversas falhas operacionais, incluindo descargas atmosféricas, danos causados pelo vento, acumulação de gelo, flashover de poluição, interferência externa, galope dos condutores e incidentes relacionados a aves.
Além disso, ao trabalhar com disjuntores de alta tensão, os engenheiros lidam comumente com sistemas de alta tensão (AT), extra-alta tensão (EAT) e ultra-alta tensão (UAT), a maioria dos quais são interconectados via linhas aéreas. Consequentemente, os requisitos técnicos para equipamentos de alta tensão estão intimamente ligados às condições da linha—como ambiente de operação e condições de serviço. Compreender as características e comportamentos de falhas das linhas aéreas é, portanto, essencial para compreender as especificações técnicas de equipamentos de alta tensão.
Componentes das Linhas Aéreas de Transmissão
Os principais componentes de uma linha aérea de transmissão incluem fundações, torres, condutores, isoladores, ferragens (acessórios), dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas (como fios terra e para-raios) e sistemas de aterramento. As linhas modernas podem incluir componentes auxiliares como fio óptico terrestre (OPGW) e sistemas de comunicação por portadora de linha de energia.
(1) Condutores
Os condutores transmitem corrente e entregam energia elétrica. Um condutor por fase é típico para linhas padrão. No entanto, para linhas de EAT e transmissão de alta capacidade, condutores agrupados—usando dois, três, quatro ou mais subcondutores (geralmente arranjados em configuração circular)—são comumente adotados. Isso reduz a emissão de corona, minimiza a perda de potência e diminui a interferência com sinais de rádio, televisão e outras comunicações.
(2) Fios Terra e Sistemas de Aterramento
Fios terra são suspensos no topo das torres de transmissão e conectados ao sistema de aterramento em cada torre através de condutores descendentes. Durante uma descarga atmosférica, o fio terra—posicionado acima dos condutores de fase—intercepta o raio, desviando a corrente de forma segura através do sistema de aterramento para o solo. Isso reduz a probabilidade de descargas diretas nos condutores, protege o isolamento da linha de danos por sobretensão e garante operação confiável. Fios terra são tipicamente instalados ao longo de todo o comprimento de linhas classificadas em 110 kV ou superior e são geralmente feitos de cabos de aço galvanizado.
(3) Torres (Pilones)
Torres suportam os condutores e fios terra, juntamente com as ferragens associadas, mantendo distâncias elétricas seguras entre os condutores, as torres, o solo e quaisquer estruturas ou edifícios cruzados.
(4) Isoladores e Cordas de Isoladores
Isoladores são os principais componentes de isolamento de uma linha de transmissão. Eles suportam ou suspendem os condutores, isolando-os eletricamente das torres, garantindo resistência dielétrica confiável. Sujeitos a tensões mecânicas, tensões elétricas e gases atmosféricos corrosivos, os isoladores devem possuir força mecânica suficiente, desempenho de isolamento e resistência à degradação.
(5) Ferragens (Acessórios)
As ferragens de linha de transmissão desempenham um papel crucial no suporte, fixação, conexão e proteção dos condutores e fios terra, garantindo conexões robustas e confiáveis. As ferragens são classificadas em cinco tipos principais, com base em sua função: grampas de linha, acessórios de conexão, acessórios de junção, acessórios de proteção e acessórios de amarração.
(6) Fundações
A fundação ancor
