8/16/2019 Determinação Dos Parâmetros Mecânicos Em Cabos Ópticos Opgw Através de Ensaios

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(*) BR 116 – km 98, nº 8813, n˚ 123Tel: (+55 41) 3361-62

XSD

TE

GRUPO - XVGRUPO DE ESTUDO DE SIS

DETERMINAÇ O DOS PAR MENORMALIZADOS PARA OBTER

QUAN

Marcos José Mannala (*)LACTEC

Luiz Siguenobu ObaraFURUKAWA

RESUMO

A conexão de grandes centros porcaracterísticas mecânicas dos cabotransmissão de energia elétrica, b

Entretanto, deve-se conhecer o coformada entre os vãos das estruturao que torna imperativa a realizaçãomecânicos deste tipo de cabo.

PALAVRAS-CHAVE

OPGW, linhas de transmissão de alt

1.0 - INTRODUÇÃO

A necessidade de transmissEssa necessidade de altas taxas de

demanda gerada pelas indústrias dóptica pode fornecer as soluções ntaxas de transmissão e confiabilidad

Os cabos condutores convconstituídos de fios de materiais metcom alumínio. Dentre esses condutalumínio – e os CAA – condutor deutilização destes cabos permitiu aregem a fabricação e comercializaçã

Da mesma forma, a experpermitiu o conhecimento das suasque permitem calculá-las com precicaracterísticas de desempenho, po

sala 132 - Bloco Campus UFPR – CEP 81.531-980,9 – Cel.: (+55 41) 8439-4427 – Email: mannala@lact

II SNPTEEMIN RIO NACIONALPRODUÇÃO E

ANSMISSÃO DEERGIA EL TRICA

13

EMAS DE INFORMAÇ O E TELECOMUNICAÇ OELÉTRICOS - GTL

ROS MEC NICOS EM CABOS PTICOS OPGW AMPLA E PRECISA COMPREENS O DO COMPORT

DO INSTALADO EM LINHA DE TRANSMISS O

Carlos E. L. MattosLACTEC

Mario MasudaFURUKAWA

Gab

Oswa

fibras ópticas se tornará ainda mais importante naOPGW possibilitam que estes sejam prontamente

rateando assim a infraestrutura necessária à tran

portamento das características mecânicas dos cabmantenham distâncias seguras e previsíveis durante ensaios que permitam a determinação precisa e co

tensão, cabos ópticos aéreos, tensão-deformação,

ão de informação tem sofrido um incremento significatransmissão de dados aumentará ainda mais nos pró

entretenimento e de comunicação. Neste contexto,cessárias de transmissão de dados, aliando disponde transmissão de dados.

ncionais destinados às linhas aéreas de transmissãálicos, tais como aço galvanizado, alumínio, ligas deres convencionais, os mais utilizados atualmente s

alumínio com alma de aço. A experiência adquiridaadronização e o estabelecimento de normas naciodos mesmos.

iência acumulada com a instalação, operação e maracterísticas de desempenho e o desenvolvimentoão satisfatória visando sua instalação nas linhas de-se citar: capacidade de corrente, capacidade de

uritiba, PR – Brasilc.org.br

BR/GTL/04a 16 de Outubro de 2013

Brasília - DF

PARA SISTEMAS

RAV S DE ENSAIOSAMENTO DO MESMO

riel R. do AmaralLACTEC

ldo H. de Souza Jr.OPEL/UTFPR

s próximas décadas. Asinstalados em linhas desmissão de informação.

os para que a catenáriatoda a vida útil da linha,nsistente dos parâmetros

etodologia de ensaio.

ivo nas últimas décadas.ximos anos, sobretudo à

somente a comunicaçãoibilidade de banda, altas

de energia elétrica sãoalumínio e aço recobertoão os CA – condutor deom mais de 50 anos deais e internacionais que

anutenção destes cabosde equações e fórmulastransmissão. Entre taiscurto-circuito, curva de

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tensão-deformação, curva de fluência, módulo de elasticidade, coeficiente de dilatação térmica linear, alongamento,resposta a vibrações eólicas, entre outras.

Os cabos ópticos OPGW –Optical Ground Wire – foram desenvolvidos para substituir os cabos para-raiosconvencionais na função de proteção das linhas de transmissão e, ao mesmo tempo, prover as fibras ópticas paraa operação e controle do próprio sistema elétrico, bem como disponibilizá-las para os Sistemas deTelecomunicações, cada vez mais solicitados pelas demandas crescentes de transmissão de dados. Também sãoutilizados em diversos países mais intensamente em enlaces urbanos. Estes cabos de cobertura possuem fibras

ópticas protegidas por tubos metálicos, os quais requerem alta confiabilidade em relação à proteção da linha e àtransmissão de dados, com processos de fabricação bem controlados e com tolerâncias mais estreitas em relaçãoaos processos de fabricação dos condutores convencionais.

As características de desempenho dos cabos OPGW têm sido determinadas por meio de ensaios regidos pornormas cujas metodologias são baseadas nas normastécnicas NBR 7302:1982 (Condutores elétricos de alumíniotensão-deformação em condutores de alumínio) (1) e NBR 7303:1982 (Condutores elétricos de alumínio - Fluênciaem condutores de alumínio) (2)de cabos aéreos convencionais. Considerando a variedade de projetos comtecnologias proprietárias, com resultados de alguns ensaios de laboratório divergentes dos esperados pelosfabricantes, além de particularidades nos processos adotados por cada fabricante, tem havido questionamentos deespecialistas da área quanto à validade da simples utilização dessas metodologias e equações usadas paracondutores convencionais na determinação de características em cabos OPGW.

O desenvolvimento deste trabalho ocorreu em função do projeto de P&D em parceria entre a FURUKAWAINDUSTRIAL S.A PRODUTOS ELÉTRICOS e o Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – LACTEC,subsidiada pela Lei nº 10.176, de 11 de janeiro de 2001, com agradecimentos especiais a ANATEL - AgênciaNacional de Telecomunicações e ao CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico naconcessão da utilização da lei 8.010/90 para a compra de equipamentos.

O objetivo principal deste projeto de P&Dé discutir se as metodologias atuais para a execução dos ensaios detensão-deformação e fluência em cabos OPGW produzem resultados precisos e confiáveis, que possam serutilizados em projetos de linhas de transmissão e em programas comerciais de cálculo de trações e catenária doscabos. Os objetivos secundários são o levantamento bibliográfico das normas utilizadas internacionalmente pararealizar os ensaios de tensão-deformação em cabos OPGW e a proposição de uma nova metodologia para realizaro ensaio, além do desenvolvimento de umsoftware para aquisição dos dados e controle de todos os parâmetros deensaio. Face ao estágio atual do projeto este trabalho apresenta somente os resultados relativos ao ensaio detensão-deformação.

2.0 - METODOLOGIA, MATERIAL E DISCUSSÃO

2.1 Metodologia e Material

Este trabalho foi conduzido por meio de estudos da literatura técnica referente à realização do ensaio detensão-deformação em cabos condutores e em cabos OPGW, com a confecção de uma bancada de ensaiosprojetada para este fim no Laboratório de Ensaios em Cabos e Acessórios do LACTEC e a aquisição de novosinstrumentos de medição e aquisição de dados, bem como com o desenvolvimento de ferramentas computacionaisque permitem estimar com maior precisão as características de desempenho dos cabos OPGW.

Foram realizados estudos comparativos entre os métodos utilizados pela ABNT NBR 7302:1982(Condutores elétricos de alumínio – Tensão-deformação em condutores de alumínio) (1) e a metodologia proposta

pelo LACTEC para, baseando-se na compilação das melhores práticas internacionais, averiguar se os resultadosfornecidos por ambos os métodos apresentam dispersão significativa.

2.2 Discussão

A Tabela 1 apresenta um resumo das principais semelhanças e diferenças nos métodos de ensaiopropostos pelas normas internacionais IEEE 1138:2009 (3), baseada na norma IEC 61089:1997, e A MethodofStress-StrainTestingonAluminumConductorand ACSR (4), da TAA, e pela norma nacional ABNT NBR 14074:2009(6), baseada na ABNT NBR 7302:1982 – Condutores elétricos de alumínio - Tensão-deformação em condutores dealumínio (1) –, bem como o método de ensaio proposto para a execução dos ensaios de tensão-deformação nestetrabalho.

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Tabela 1. Comparativo entre normas de tensão-deformação e apresentação e justificativa da metodologia de ensaio

ENSAIO DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO EM CABOS OPG

NORMA IEEE 1138:2009 ABNT NBR 14074:2009 TAA Metodolog

ATENUAÇÃO ÓPTICAMedir apenas serequisitado pelo

compradorMedir --- Não medir, conforequisito do clie

TEMPERATURA 20 Temperatura ambiente --- Temperatura ambiente

TOLERÂNCIATEMPERATURA ± 3 °C ± 2 °C --- ± 1 °C

MÉTODO DEANCORAGEM

De forma que todos oscomponentes com função

estrutural estejamimpedidos de se moverem

um em relação ao outronos pontos de fixação.

Sugestão: terminações deresina epóxi que

envolvam todos oscomponentes do cabo

Por dois acessóriospassantes, iguais aos queserão utilizados na linha

de transmissão a que sedestina o cabo

De maneira a assegurar oagarramento dos fios

durante o ensaio

De forma que todocomponentes q

suportam carga estimpedidos de se mo

um em relação ao

nos pontos de fixaUso de terminaçõeresina epóxi em fo

cônico

COMPRIMENTO MÍNIMOENTRE ANCORAGENS 10 metros 8 metros --- 12,9 metros

MÍNIMOCOMPRIMENTO ÚTIL 8 metros --- 12,7 metros 11,0 metros

PRÉ-CARGA2% da RMC.

Permanência na pré-carga não pode passar de

2 minutos

mín.(8% da RMC; 5 kN) mín(8% da RMC; 1 000lbf) mín(8% da RMC;

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ENSAIO DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO EM CABOS OPG

NORMA IEEE 1138:2009 ABNT NBR 14074:2009 TAA Metodolog

TAXA DECARREGAMENTO

Taxa necessária paraatingir 85% da RMC em 2

minutos2500 N/min ---

Taxa necessária patingir 85% da RMC

minutosTOLERÂNCIA TRAÇÃO --- 1% --- 1% PROCEDIMENTODE ENSAIO

Conforme IEC61089:1997

Conforme ABNT NBR7302:1982 TAA

Conforme ABNT7302:1982, até pré-

3

REGISTRO DEDADOS

No carregamento e nodescarregamento.

Intervalo máximo deregistro em cada patamar

e nas pré-cargas: 5minutos

No carregamento.Registrar no

descarregamento apenasde 70% da RMC à pré-carga. Não registrar de75% da RMC à ruptura

No carregamento, em 5,10 e 15 minutos e, a partirdaí, de 15 em 15 minutos.No último carregamento,medir até 75% da RMC

No carregamento descarregamen

TOLERÂNCIADEFORMAÇÃO --- 0,001% (10 µε ) --- 0,0005% (5

RUPTURA

Romper apenas secombinado entre

fornecedor e comprador(taxa de carregamento:

100% da RMC em 5minutos)

Romper cabo. Anotarcarga e localização da

ruptura

Levar o cabo a sua RMCreal Não romper

APRESENTAÇÃO DOSRESULTADOS

Curva Virtual InicialComposta e módulo deelasticidade final (obtido

da curva de

descarregamento de 85%da RMC à pré-carga)

Curva Virtual InicialComposta, Curva

Composta Final (obtido dacurva de

descarregamento de 70%da RMC à pré-carga),

módulos de elasticidadeiniciais médios e módulo

de elasticidade finalmédio, além da carga elocal da ruptura e se

ocorreram deformaçõesentre o cabo e os

acessórios de ancoragem

---

Curva Virtual InComposta, Cur

Composta Final (obcurva de

descarregamento deda RMC à pré-car

módulos de elasticiniciais médios e mde elasticidade f

médio

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A Figura 1 evidencia as diferenças entre as curvas de tensão-deformação de diferentes condutoreselétricos e de cabos-guarda, quando utilizado o mesmo método de ensaio. Os gráficos apresentados são de tiposdistintos de cabo, com diferentesconfigurações, número e materialde fios e com ou sem alma (são cabos OPGW,CA, CAA, CAL e ACCC). Com comportamento tão distinto, é necessário indagar se uma mesma metodologia éadequada para ensaios em diversos tipos de cabos. Cabe ressaltar que os gráficos não estão ordenados de acordocom o tipo de cabo.

Figura 1. Curva de tensão-deformação de diferentes tipos de cabos.

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3.0 - RESULTADOS

Resultados comparativos entre o método da NBR 7302:1982 (1) e o método proposto pelo LACTEC paracabos OPWG são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2. Comparação de resultados fornecidos pelas duas diferentes metodologias de ensaio.

TIPO DE

CABOOPGW MÉTODO

MÓDULOS DE ELASTICIDADE

INICIALINFERIOR INICIALSUPERIOR FINAL

A NBR7302 142,30 135,08 160,16A LACTEC 142,02 129,07 156,74B NBR7302 119,06 100,46 134,10B LACTEC 119,93 99,18 131,99C NBR7302 137,47 121,58 156,11C LACTEC 133,13 120,66 154,59

4.0 - CONCLUSÕESOs resultados preliminares desta pesquisa demonstram que as diferenças entre os métodos não são muito

significativas. Para o mesmo tipo de cabo OPGW, a maior variação no módulo de elasticidade final foi de 2,14 % ea menor, de 0,97%, o que se encontra dentro das incertezas produzidas pelo preparo das amostras, pelosinstrumentos de medição e pelos próprios métodos de ensaio. Isto indica que a metodologia da ABNT NBR14074:2009 (6)para a execução de ensaio de tensão-deformação em cabos OPGW gera resultados confiáveis paraserem utilizados em projetos de linhas de transmissão aéreas, com a ressalva de que um maior número deamostras deve ser ensaiado.

5.0 - SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Para a continuação do projeto de P&D estão previstos:

-Ensaios de fluência utilizando parâmetros baseando-se nas solicitações mecânicas tipicas observadas durante ainstalação da linha de transmissão, como, por exemplo, pré-tensionamento do condutor por um período de tempoe de 12, 24 ou até 48 horas antes da instalação das ancoragens definitivas; e

- Estudo similar para o ensaio de tensão-deformação do cabo, utilizando históricos de solicitações mecanicasdevido as condições climaticas tipicas brasileiras, que não possuem, por exemplo, na sua maioria do territorialneve.

6.0 - BIBLIOGRAFIA

(1) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7302 (Condutores elétricos de alumíniotensão-deformação em condutores de alumínio). Rio de Janeiro, abril de 1982.

(2) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7303 (Condutores elétricos de alumínio -Fluência em condutores de alumínio). Rio de Janeiro, abril de 1982.

(3) INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS. IEEE 1138. New York, EUA. 2009

(4) INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMITTEE. IEC 61089. Genebra, Suíça, 1997.

(5) THE ALUMINUM ASSOCIATION. A Method of Stress-Strain Testing on Aluminum Conductor and ACSR.Technical Committee on Electrical Conductors. Washington, DC, EUA, 1999.

(6) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14074 (Cabos para-raios com fibras ópticas(OPGW) para linhas aéreas de transmissão - Requisitos e métodos de ensaio). Rio de Janeiro, agosto de2009.

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7.0 - DADOS BIOGRÁFICOS

Marcos José Manem eletrotécnica peMestre em Engenhoutubro de 2004. TLT’s e na área de

distribuição e trans

Carlos Eduardo Lourenço Mattos nascna Universidade Federal de Ouro PretoAmerican Society for Quality, em 1996, pNegócios pelo Instituto Tecnológico de AFederal do Paraná). Trabalhou na Samado Brasil e IBQ, atuando nas áreas de Eem pesquisa e ensaios na área de dist(LACTEC).

Gabriel Ruggiero do Amaral nasceu noUniversidade Federal do Paraná (UFPR).energia no Instituto de Tecnologia para o

Luiz Siguenobu Obara, nascido em 30Elétrica pela Escola Politécnica da UniveGetúlio Vargas em 2001. De 1988 a 20transmissão e distribuição e sistemas deS.A. na área de construções de linhas deSA na área de cabos de energia.

Mario Masuda nascido em 25 de junhrecebeu o título de mestrado pela Escola1991 trabalhou na Themag Engenhariaautônomo executando projetos, supervtransmissão (OPGW). De 1997 a 2002, trprojetos e instalação de OPGW. De 20presta consultoria à Furukawa Industrial

Oswaldo Honorato de Souza Junior nana Universidade Federal de Itajubá (UNIpela Universidade Federal de Itajubá,companhia Centrais Elétricas do Norte doParanaense de Energia (COPEL), coPesquisador até 2011. Atualmente trabalprofessor do Departamento de Mecânica

7

ala nasceu em Curitiba, PR, em 23 de agosto de 1967. Rlo CEFET, em 1988, graduado em Engenharia Elétrica pelaaria de Produção e Sistemas com ênfase em sistemas derabalhou na Companhia Paranaense de Energia – COPELestudo de projetos de LT’s. Atualmente, trabalha em pes

issão de energia, no Instituto de Tecnologia para o Desenv

u em São Paulo, SP, em 10 de maio de 1967. Graduou-se(UFOP) em Ouro Preto, MG, em 1991. Especialista em Ens-graduado em Comércio Exterior pela Universidade Mackronáutica, em 2003, e Mestrando em Mecânica pela UTFP

rco Mineração AS, Nacional de Grafite LTDA, Hitachi Ar Co genharia de Processos, Qualidade, Comércio Exterior e Lo

ibuição e transmissão de energia no Instituto de Tecnolo

Rio de Janeiro, RJ, em 10 de abril de 1989. graduado em. Atualmente, trabalha em pesquisa e ensaios na área de diDesenvolvimento (LACTEC).

de junho de 1956 em Lucélia, estado de São Paulo, Brasrsidade de São Paulo em 1982 e pós-graduação em teleco04 trabalhou na Furukawa Industrial S.A. na área de cabotelecomunicações. De 2004 a 2010, trabalhou na Procabletransmissão e instalação de cabos OPGW. Atualmente tra

de 1948 em Tupã estado de São Paulo, Brasil. FormadPolitécnica da Universidade de São Paulo em 1973 e 2006Ltda na área de Sistema Transmissão de Energia. De19isionando obras, ministrando cursos de instalação de fabalhou na Furukawa Empreendimentos Ltda., também em2 a 2012 trabalhou como pesquisador do GAGTD, grupoA em projetos de instalação de cabo OPGW.

sceu em Heliodora, MG, em 10 de julho de 1957. Graduou-EI), em Itajubá MG, em 1978. Recebeu os títulos de Mestm 1994, e Doutor em Engenharia Mecânica pela PUC-PBrasil S/A (ELETRONORTE), no setor de Engenharia de Mo Pesquisador de P&D desde 1993,e posteriormente nha na COPELna área de Engenharia de Manutenção.Desdda UTFPR (Universidade Tecnológica Federal do Paraná).

cebeu os títulos de técnicoFPR, em março de 2001, econtrole pela PUC-PR, em – como fiscal de obras deuisa e ensaios na área de

lvimento (LACTEC).

em Engenharia Metalúrgicagenharia da Qualidade pelanzie, em 1998, e Gestão de(Universidade Tecnológica

ndicionado Brasil S/A, Oricaística. Atualmente, trabalhaia para o Desenvolvimento

Engenharia Mecânica, pelaistribuição e transmissão de

il. Formado em Engenhariamunicações pela Fundaçãos de energia para redes denergia e Telecomunicaçõesalha na Furukawa Industrial

em Engenharia Elétrica erespectivamente. De 1973 a1 a 1997, trabalhou como

ibras óticas em linhas deatividades relacionadas comligado à FDTE. Atualmente

e em Engenharia Mecânicae em Engenharia MecânicaR, em 2010. Trabalhou naanutenção, e na Companhiao LACTEC também comoe 1995, também atua como