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GRUPO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO - GLT LT 500 kV INTERLIGAÇÃO NORTE / SUL III - TRECHO 2 SOLUÇÃO ESTRUTURAL COM TORRE ESTAIADA MONOMASTRO E FEIXE EXPANDIDO

GRUPO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO - GLT LT 500 kV INTERLIGAÇÃO NORTE / SUL III - TRECHO 2 SOLUÇÃO ESTRUTURAL COM TORRE ESTAIADA MONOMASTRO E FEIXE EXPANDIDO
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    SNPTEESEMINÁRIO NACIONALDE PRODUÇÃO ETRANSMISSÃO DEENERGIA ELÉTRICA  GLT 0114 a 17 Outubro de 2007Rio de Janeiro - RJ GRUPO IIIGRUPO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO – GLTLT 500 kV INTERLIGAÇÃO NORTE / SUL III – TRECHO 2SOLUÇÃO ESTRUTURAL COM TORRE ESTAIADA MONOMASTRO E FEIXE EXPANDIDOVanderlei Guimarães Machado (*) Antônio Pessoa Neto Filipe Guerra SoaresJosé Henrique Machado Fernandes Ruy Barbosa Pinto Jr Paulo Ricardo R. Liberato SilvaMarcos César de Araújo Reynaldo Castriota de MelloMário Noboru Takai Sírio José FerreiraRicardo Alexandrino Vasconcelos   ELETRONORTE CHESF ENGETOWER ENGENHARIA RESUMO  O atual ambiente no setor elétrico brasileiro, com a abertura legal para os empreendimentos privados e, em particular, com a implantação da sistemática dos leilões para a definição dos concessionários das linhas detransmissão a serem construídas, vem promovendo uma saudável competição entre as empresas de engenhariadesse setor, pelo desenvolvimento de soluções de projeto que, incorporando inovações tecnológicas, mostrem-seeconomicamente vantajosas quanto aos desempenhos elétrico, mecânico e estrutural.Neste contexto, as empresas ELETRONORTE, CHESF e ENGETOWER desenvolveram estudos para utilizaçãode estrutura estaiada monomastro cara de gato com feixe expandido na LT 500 kV Interligação Norte / Sul III –Trecho 2, com 525 km de extensão, concessão da empresa INTESA – Integração transmissora de Energia S.A.,sociedade formada pelas empresas Eletronorte, Chesf, Engevix e Fundo de Invest. Part. Brasil Energia, vencedorade leilão da ANEEL realizado no final de 2005.O presente informe técnico descreve aspectos elétricos, mecânicos e estruturais desta solução de projeto eapresenta alguns resultados comparativos do estudo de otimização com a solução estaiada “V” com feixeexpandido e a solução “Cross-rope” equivalentes. PALAVRAS-CHAVELinha de Transmissão; Torre Estaiada Monomastro; Torre Estaiada “V”; Torre Estaiada Cross-Rope; LPNE; FeixeExpandido; Compactação; Reatâncias Série; Capacidade; SIL. 1.0 - INTRODUÇÃO O princípio de compactação de fases em linhas de transmissão para reduzir as reatâncias série, elevando suascapacidades de transporte de energia, tornou-se prática usual no âmbito do setor elétrico brasileiro, tendo em vistaos ganhos econômicos que propicia. Esse princípio requereu diversos estudos elétricos quanto a desempenho,coordenação de isolamento, principalmente no que se refere às distâncias fase-fase, campos eletromagnéticos,segurança, manutenção, etc., os quais indicaram que a compactação das fases no formato triângulo em deltaseria um ótimo modelo a ser perseguido.Com base neste princípio, na década de 80 a ELETRONORTE desenvolveu, para as linhas de transmissão em500 kV da UHE TUCURUÍ, projeto de estrutura autoportante compacta tipo raquete com disposição triangular tipodelta de fases, espaçadas horizontalmente de 4.50 m e verticalmente de 4.0 m e feixes simétricos com 4 sub-condutores 954 MCM RAIL espaçados de 457 mm [1], [2]. Naquela ocasião, com a utilização desta soluçãocompacta obteve-se ganhos elétricos da ordem de até 20% na capacidade de transmissão das linhas (SIL -potência natural da ordem de 1200 MW) comparativamente à das linhas congêneres de mesma tensão. Os (*) SCN – Quadra 06 – Conj. A – Bloco B – Sala 816 – Supercenter Venâncio 3000 – ELETRONORTEFone + 55 – 0XX – 61 – 429 – 6334 – E-mail:vanderlei@eln.gov.br – 70.718-900 – Brasília – DF – Brasil      2 resultados de desempenho obtidos do pontode vista elétrico, mecânico e estrutural foramplenamente satisfatórios e várias LT’s foramconstruídas com esta solução. A Figura 1apresenta a configuração elétrica da torreraquete tipo sS.Em meados da década de 90, com odesenvolvimento dos conceitos de LPNE –Linha de Potência Natural Elevada [5] [7],verificou-se que a expansão dos feixesatravés do aumento de espaçamento dos sub-condutores, associada ou não à compactaçãodas fases, resultaria em uma configuraçãobastante eficaz no sentido de aumento dacapacidade de transmissão da linha. Comisso, a CHESF desenvolveu solução estruturalestaiada “V” (Torre VX) com disposiçãohorizontal de fases, utilizando o conceito deexpansão de feixe não associado àcompactação de fases. Foi entãodesenvolvida estrutura com fases espaçadashorizontalmente de 11.0 m, feixes laterais emformato trapezoidal assimétricos com 4 sub-condutores 954 MCM RAIL espaçados de até1410 mm e feixe central retangular simétricoespaçado de até 890 mm, resultando SIL de1200 MW. No final da década de 90 foiconstruída a LT 500 kV Presidente Dutra /Teresina / Sobral / Fortaleza com esta soluçãoe os resultados de desempenho obtidos do ponto de vista elétrico, mecânico e estrutural foram tambémplenamente satisfatórios. A Figura 3 apresenta a silhueta típica da torre estaiada VX. FIGURA 1: Configuração elétrica da torre tipo sS  No final da década de 90, tendoem vista a previsão de grandeslinhas de transmissão a seremimplantadas na região Norte dentrodo programa básico estabelecidopelo antigo GCPS, aELETRONORTE resolveudesenvolver solução estaiadacompacta com elevada capacidadede transmissão [6]. Foi entãodesenvolvida solução estrutural dotipo CCRS – Compact Cross-RopeSuspension (Torre CR52) comfases espaçadas horizontalmentede 5.5 m e verticalmente deaproximadamente 0.78 m e feixessimétricos com 4 sub-condutores954 MCM RAIL espaçados de 457mm, resultando SIL de 1200 MW.No início desta década, a empresaTBE – Transmissora Brasileira deEnergia construiu a LT 500 kVTucuruí / Vila do Conde com estasolução estrutural e os resultadosde desempenho obtidos do pontode vista elétrico, mecânico eestrutural foram tambémplenamente satisfatórios. A Figura2 apresenta a silhueta típica datorre Cross-Rope CR52. FIGURA 2: Torre estaiada Cross-Rope tipo CR52    3 Neste contexto, tentando-se aliar maior eficiência na transmissão,através do uso associado dosconceitos de expansão de feixes ecompactação de fases, comganhos no custo das estruturas eotimização da relação potênciatransmitida por tonelada dematerial utilizado, decidiu-seestudar para a LT 500 kV Norte /Sul III – Trecho 2 solução deprojeto com torre estaiadamonomastro cara-de-gato quepudesse resultar em vantagemeconômica em relação àssoluções existentes jáimplantadas com sucesso nosistema elétrico nacional.A solução para o projeto da torremonomastro consistiu emconceber uma geometria decabeça com expansão de feixesde tal maneira que a reatância desequência positiva ficasse similar à da torre de referência (torreraquete com x = 0,266596 Ω/ km).Além disso, o SIL deveria ser próximo a 1200 MW.A expansão de fasesnormalmente requer estruturascom “janelas” e “cabeças”maiores, devido à verificação debalanços e “clearance” com osfeixes expandidos. Os aumentosde dimensões das cabeças,provenientes da expansão dosfeixes, reduzem a compactaçãodas fases e aumentam as alturase pesos das estruturas. A soluçãoótima, com a maior potênciapossível e configuração estruturalmais econômica, pode ser conseguida através de estudositerativos nos quais se consideramvários arranjos de fases e feixes, e para cada um desses arranjos, a geometria estrutural mais adequada do pontode vista elétrico e estrutural. Após vários estudos de otimização, chegou-se a uma disposição triangular tipo deltapara as fases, espaçadas horizontalmente de 7300 mm e verticalmente de 7500 mm e feixes simétricos com 4sub-condutores 954 MCM RAIL espaçados de 950 mm, resultando reatância de sequência positiva x + = 0,265043 Ω /km e SIL = 1211,4 MW. A Figura 4 apresenta a silhueta final da torre estaiada monomastro tipo SEQ1. FIGURA 3: Torre estaiada V tipo VX  Os estudos de mapeamento dos fenômenos eletromagnéticos foram realizados com programas do CEPEL(DESCOR, ELESTAT e CAMPMAG), que concluíram pela viabilidade da solução estrutural dentro dos critériosexigidos. 2.0 - CARACTERÍSTICAS DO PROJETO A seguir apresentam-se as principais características relativas aos aspectos elétricos, mecânicos, estruturais e deconstrução da solução de projeto e alguns resultados comparativos do estudo de otimização com a soluçãoestaiada “V” (torre VX) com feixe expandido e a solução “Cross-rope” (torre CR52) equivalentes. 2.1 Aspectos Elétricos    4 2.1.1 Principais Características ElétricasOs estudos elétricos desenvolvidostiveram por objetivo calcular osparâmetros elétricos, efetuar acoordenação dos isolamentos, calcular o desempenho quanto a descargasatmosféricas e mapear os fenômenoseletromagnéticos de modo que a novaestrutura atendesse a todas asespecificações do edital da ANEEL.Os estudos de coordenação deisolamento definiram as distânciaselétricas e os resultados dos estudosdos fenômenos eletromagnéticos foramutilizados para definir a faixa deservidão da LT sob o ponto de vistaelétrico. Os critérios observados são osda Norma Brasileira NBR 5422 [9], doseditais de licitação da ANEEL e doInternational Commission on Non-Ionizing Radiation Protection – ICNIRP -1998 (aceitos pela OMS – OrganizaçãoMundial da Saúde).Os resultados dos cálculos dedesempenho da LT quanto a DescargasAtmosféricas mostraram que a mesmaterá desempenho satisfatório com índicede desligamentos da ordem de 0.5desligamento / 100 km x ano.Os parâmetros elétricos foramcalculados considerando-se cabos pára-raios EHS 3/8” e resistividade do solo de1000 ..m. Estes parâmetros estãoapresentados na Tabela I.A reatância da linha com torremonomastro, para a solução final, tevediferença inferior a 0,6% em relação àda linha com torre raquete, o que nãofaz diferença para o sistema, e o SILobtido foi superior em 1,16%.A Figura 5 apresenta o mapeamentodos campos elétricos (CE) calculadosnuma semi-reta perpendicular ao eixoda LT, referenciado ao meio do vão(ponto de flecha máxima e distânciamínima dos condutores ao solo), a 1 mdo solo. O critério da Norma BrasileiraNBR 5422 estabelece, para CE, o valor máximo de 5 kV/m no limite da faixa de servidão. Esse critério pelaICNIRP é de 4,17 kV/m.   FIGURA 4: Torre estaiada monomastro tipo SEQ1   O mapeamento do CE da Figura 5 mostra que a 21.0 m o nível de CE é de 3,84 kV/m e que a 30.0 m é de 1,51kV/m. Sendo assim, faixa de servidão de 42.0 m já é suficiente para atender o critério limite de CE tanto da NBR5422 quanto da ICNIRP.Como o critério mecânico estabelece como largura de faixa mínima o valor de 60.0 m, o critério de CE tambémestá atendido.    5 TABELA I: Parâmetros Elétricos - resistência = r, reatância = x, susceptância = bParâmetro p/ LT 500kVTorreraquetecompactatipo sSTorreestaiadafeixeexpandidotipo VXTorreestaiadacompactacross-ropetipo CR52Torreestaiadamonomastrofeixeexpandidotipo SEQ1 r  + ( /km)0.0178596 0.0181070 0.0179014 0.0181591x + ( /km)0.2665960 0.2687800 0.2672240 0.2650430b + ( /km)6.11665E-06 6.22798E-06 6.15712E-06 6.22352E-06SIL (MW) 1197.5 1203.4 1200.0 1211.4Seqüênciapositiva ∆ x0.00% 0.82% 0.24% -0.58% 0 0.393408 0.388798 0.379166 0.396083 0 zeror/km)(x /km)1.450140 1.301470 1.465280 1.331000(Seqüênciab 0 /km)2.7201E-06 3.6762E-06 2.4505E-06 3.2932E-06(   A Figura 6 apresenta o mapeamento dos campos magticos (CM). O valor máximo do CM encontrado é dené0,6208 G que é inferior ao critério limite de 0,833 G (83,3 µT) da ICNIRP. FIGURA 5 – Campo Elétrico FIGURA 6 – Campo Magnético Figura 7 apresenta o perfil de RIV para tempo bom. O critério sinal/ruído (S/R) é de 24 dB/1µV/m para tempoFigura 8 apresenta o perfil de ruído audível (RA) com precipitação abaixo de 0,089 mm/h. A 13.0 m do eixo daAbom. Como os sinais de comunicação para a região apresentam magnitudes superiores a 66 dB/1µV/m, o RIVdeverá ser inferior a 42 dB/1µV/m no limite da faixa de servidão (66.0 – 24.0 = 42.0). A 27.0 m do eixo da LT o RIVé de 41,813 dB/1µV/m e, portanto, uma faixa de 54.0 m atenderia ao critério de RIV, valor este inferior ao docritério mecânico (60.0 m).ALT o RA é de 57,898 dB (A) que é inferior ao critério limite de 58 dB (A). FIGURA 7 – Perfil de RIV (tempo bom) FIGURA 8 – Ruído Audível s critérios limites de RIV (42 dB/1 µ V/m) e de Ruído Audível [58 dB(A)], no limite da faixa, requerem faixa deOservidão mínima de 54.0 m.
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