Inovações Tecnológicas em Redes Elétricas

1. Inovações Tecnológicas em Redes Elétricas 21/11/2005 Cartagena de Indias Davi Antunes Lima ANEEL - BRASIL

2. 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 Conteúdo

3. 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

4. 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

5. 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” estabelece-se um curto circuito da fase para o neutro, evitando o desvio de energia.

6. Novas Tecnologias em Cabos Condutores para LT´s – Experiência Brasileira Mais Utilizado no Brasil Condutor utilizado em otimizações

7. Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Brasileira • LT GOIANINHA MUSSURÉ 230 kV Extensão LT  51 km • LEILÃO ANEEL 003/2001 LOTE A • Redução de 20% em relação ao projeto original (estruturas + cabos).

8. 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

9. 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

10. Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Brasileira Vibrações Eólicas

11. Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Internacional CONDUTORES – ALTA TEMPERATURA HTLS – HIGH TEMPERATURE LOW SAG

12. Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Internacional CONDUTORES – ALTA TEMPERATURA HTLS – HIGH TEMPERATURE LOW SAG

13. 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

14. 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

15. 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

16. Novas Tecnologias em Cabos Condutores – Experiência Internacional

17. O Estado da Arte em Estruturas Inovações

18. 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

19. O Estado da Arte em Estruturas Evolução nas Estruturas • Estruturas Compactas • Camufladas e “Invisíveis” • Esteticamente Perfeitas • Elegantes

20. 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

21. O Estado da Arte em Estruturas Competição para Definição de Estruturas A VENCEDORA

22. O Estado da Arte em Estruturas Competição para Definição de Estruturas VENCEDORA Modificada

23. O Estado da Arte em Estruturas Competição para Definição de Estruturas

24. O Estado da Arte em Estruturas Competição para Definição de Estruturas • Custos : • LT Convencional  470.000 €/km • Nova Tecnologia  562.000 €/km

25. 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

26. 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

27. 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

28. Emendas à Implosão

29. 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

30. Ampacidade Estatística na Revisão da NBR 5422 • Risco Térmico • Vento • Temperatura Ambiente • Radiação Solar • Risco de Falha • Fator de correção atmosférica

31. 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

32. 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

33. Ampacidade Estatística na Revisão da NBR 5422

34. Ampacidade Estatística na Revisão da NBR 5422 DISTÂNCIA DE SEGURANÇA – Revisão NBR 5422

35. 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 • Restrições ambientais deverão motivar maior eficiências nos corredores (MW/m2) TOTAL: 260 GW EM OPERAÇÃO: 72 GW

36. 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)

37. 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

38. 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

39. Novos Conceitos para Projetos de LT´s Torre Compacta Torre Convencional 500 kV

40. Novos Conceitos para Projetos de LT´s Tabela Comparativa 525kV Tabela Comparativa 230kV

41. Novos Conceitos para Projetos de LT´s Torre Raquete 500kV Torre Raquete 230kV

42. 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

43. Novos Conceitos para Projetos de LT´s Torres CROSS ROPE

44. 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)

45. Novos Conceitos para Projetos de LT´s HSIL HSIL 230kV – SIL de 360MW (projeto regular – 130MW) HSIL 500kV – SIL de 2000MW (projeto regular – 1000MW)

46. 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%

47. 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%

48. Novos Conceitos para Projetos de LT´s Interligação N/NE • Solicitação – 1200MW

49. Novos Conceitos para Projetos de LT´s Interligação N/NE

50. 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