XXI Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica

SENDI 2014 - 08 a 13 de novembro

Santos - SP - Brasil

Gustavo Mafra LauriaReinaldo de Freitas

FachadaLuis Claudio S.

Oliveira

3M DO BRASIL LTDACompanhia Paulista

de Força e Luz3M DO BRASIL LTDA

gmlauria@mmm.com fachada@cpfl.com.br lsoliveira@mmm.com

Leonardo Y. Zanotti Bruno Cesar Alaite

3M DO BRASIL LTDA

lyzanotti@mmm.com brunoalaite@gmail.com

Reforço do Sistema Elétrico da CPFL Piratininga na Baixada Santista Utilizando Cabos Especiais

Palavras-chave

Alta Capacidade e Baixa Flecha

Cabo Termorresistente

Expansão do Sistema Elétrico

Linha de Transmissão

Recapacitação

Recondutormento

Resumo

Este informe técnico apresenta os fatores motivacionais para a aplicação de condutores de alta temperatura e

baixa flecha para a recapacitação de duas linhas de transmissão 88 (kV) , sob concessão da CPFL Piratininga,

para atender com qualidade e confiabilidade o aumento de demanda na Baixada Santista. A necessidade técnica

da concessionária era dobrar a capacidade de transmissão de energia das linhas utilizando as torres existentes,

evitando a inserção de novas estruturas e novas fundações em uma região com ecossistema sensível com

presença de manguezais, matas de encosta e restinga, além de passar em áreas urbanas densamente povoadas

e cruzar rodovias que interligam a cidade de São Paulo com o Porto de Santos.

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Apresentaremos os estudos técnicos para a escolha do condutor, o perfil da linha em vãos críticos, os impactos 

ambientais e sociais que foram minimizados com a opção pelo recondutoramento e os resultados práticos 

obtidos na instalação dos condutores em locais de preservação ambiental e áreas urbanas.

1. Introdução

Soluções tradicionais de recapacitação de duas linhas de transmissão de 88 (kV) na Baixada Santista seriam de difícil

execução, dada a complexidade da área e o aumento da demanda na região. A alternativa adotada para reforçar o

sistema elétrico da Baixada Santista foi o da substituição dos condutores convencionais por condutores especiais

ACCR nas linhas da CPFL Piratininga, que compreenderam as linhas de 88 (kV) Henry Borden - Jabaquara 1-2 e 3-4

(HBO-JAB 1-2 e 3-4) e o ramal Mario Brigido 1-2. Alternativas tais como reconstrução das linhas nas mesmas faixas

de servidão ou reforços estruturais nas torres para comportar cabos duplos tornar-se-iam dispendiosos e demorados

ou ainda poderiam ser inviabilizados por razões técnicas, licenças e/ou embargos ambientais.

Para fundamentação da solução adotada iniciamos com uma abordagem discorrendo sobre as etapas desde os

estudos preliminares que contemplam tabelas analíticas dos condutores, ACCR 780-T10 para HBO-JAB e ACCR 480-

T13 para o Ramal Mário Brígido, e das temperaturas de trabalho dos mesmos, até as arrojadas técnicas para se fazer

instalação desses condutores em travessias e demais locais deveras críticos.

2. Desenvolvimento

2.1 Expansão do Sistema de Elétrico da Baixada Santista

2.1.1 Histórico

A principal fonte de suprimento para a região da Baixada Santista, na área de concessão da CPFL Piratininga é a

subestação (SE) Baixada Santista, de propriedade da ISA_CTEEP. Nessa subestação conectam-se seis circuitos de

transmissão em 88 (kV), de propriedade da CPFL Piratininga, interligando a SE Baixada Santista com a SE Henry

Borden, da EMAE. Dessa subestação derivam quatro circuitos de transmissão em 88 (kV), de propriedade da CPFL

Piratininga, interligando a SE Henry Borden com a SE Jabaquara (CPFL Piratininga). Esses quatro circuitos, dispostos

em duas linhas de transmissão para circuito duplo, operam em paralelo e atendem diversas subestações de clientes

particulares em 88 (kV), consumidores dos municípios de Cubatão, Santos, São Vicente, além do Porto de Santos.

Estima-se que esses quatro circuitos atendam uma população da ordem de 400 mil habitantes. Estudos de fluxo de

potência em regime permanente realizados pela Gerência de Planejamento do Sistema Elétrico (OEP) da CPFL

Piratininga sinalizaram elevados carregamentos em três circuitos remanescentes, quando da saída de um dos quatro

circuitos.  Esses elevados carregamentos poderiam comprometer não só a qualidade e a confiabilidade, mas

principalmente a expansão econômica da região, com consequente aumento de demanda. Para evitar essas restrições a

CPFL Piratininga propôs a elevação da capacidade de transporte de energia dos circuitos. Essa alternativa levou em

consideração as enormes dificuldades para a construção de novos circuitos entre as subestações Henry Borden da

EMAE e Jabaquara da CPFL Piratininga, além da quase impossibilidade física de expansão dos barramentos de 88 (kV)

dessas subestações, para receber novos circuitos. Mesmo considerando a elevação da capacidade dos quatro circuitos

existentes, a impossibilidade de reconstrução das estruturas levou a CPFL Piratininga a estudar alternativas que

viessem ao encontro das necessidades de transporte, mas que não necessitasse de grandes reforços nas estruturas

existentes. Assim, a alternativa escolhida foi a utilização de condutores de alta capacidade e baixa flecha.

Em relação ao recondutoramento do ramal Mario Brigido, a obra foi necessária para garantir o pleno atendimento do

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crescimento da demanda para os próximos 10 anos (horizonte dos estudos de planejamento).

2.1.2 Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico da Baixada Santista

A figura 1 ilustra o diagrama unifilar do sistema elétrico da Baixada Santista com  os  quatro circuitos a serem

recapacitados das linhas de circuito duplo HBO-JAQ 1-2 e 3-4, e o ramal Mario Brigido, que também foi incluído no

programa de recapacitação do sistema da Baixada. Observa-se no diagrama abaixo que o projeto de recapacitação dos

circuitos 1-2 da linha Henry Borden foi até a derivação com o ramal para a SE Mario Brigido e a recapacitação dos

circuitos 3-4 foi até a derivação do ramal para a SE Santos que não foi recapacitado. 

No item 2.1.3 serão apresentados os novos valores de corrente (A) e potência aparente (MVA) para cada um dos

projetos.

Figura 1 - Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico da Baixada Santista

             

2.1.3 Planos de Expansão - Recapacitação

Neste item serão definidos os novos valores de corrente e potência para obter o aumento de capacidade necessário 

para o crescimento de carga dos consumidores residenciais e industriais da Baixada Santista, além de manter o ótimo

nível de qualidade e confiabilidade do sistema.  

A configuração inicial das linhas Henry Borden – Jabaquara 1-2 e 3-4 consiste em duas linhas de duplo circuito com 1

condutor CAA 636 GROSBEAK  por fase. A capacidade de transporte deste condutor em operação normal é de 900 (A),

o que corresponde à potência aparente de 138 (MVA) operando em 88 (kV). O departamento de planejamento

determinou o aumento de capacidade correspondente a 2 condutores CAA 636 por fase, ou seja, dobrar a capacidade

da linha. Desta forma, a linha recapacitada deverá ter capacidade de transportar em operação normal 1800 (A), o que

corresponde a 276 (MVA).

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A outra linha que também foi recapacitada para atender ao crescimento da demanda no horizonte de planejamento da

área de influência dessa linha, tinha como configuração original uma linha de duplo circuito com 1 condutor CAA 336

LINNET por fase. A capacidade de corrente com este condutor era de 600 (A) em operação normal, o que corresponde a

91 (MVA) em 88 (kV). A Gerência de Planejamento do Sistema Elétrico determinou aumento de capacidade

correspondente ao condutor convencional CAA 954 RAIL. Desta forma, a linha recapacitada deverá ter capacidade 1150

(A) em operação normal, o que corresponde a 176 (MVA) em 88 (kV).

Tabela 1 - Valores de Corrente e Potência  Antes e Depois da Recapacitação

 

NOME DA LINHA

 

ANTES RECAPACITAÇÃO APÓS RECAPACITAÇÃO

CORRENTE

(A)

POTÊNCIA

(MVA)

CORRENTE

 (A)

POTÊNCIA

(MVA)

HBO-JAQ 1-2 900 A 138 MVA 1800 A 276 MVA

HBO-JAQ 3-4 900 A 138 MVA 1800 A 276 MVA

RAMAL MARIO BRIGIDO 600 A 91 MVA 1150 A 176 MVA

 

2.2 Avaliação da Alternativa de Reconstrução das Linhas de Alta Tensão na Baixada Santista

A alternativa mais convencional para a recapacitação de linhas de alta tensão é a reconstrução das linhas na mesma

faixa de servidão. Para obter valores de correntes superiores aos condutores existentes é necessário a utilização de

condutores de bitola superior ou utilizar a configuração de 2 condutores por fase. Estas duas opções implicam em

aumento significativo de peso, diâmetro e, consequente, aumento nos esforços mecânicos das estruturas existentes. As 

torres nas linhas HBO-JAQ 1-2, 3-4 foram projetadas para suportar condutores 4/0 de Cobre. Estudos mostraram que

esta família de torres suportariam 1 condutor CAA 636 com tração EDS em torno 10% da carga de ruptura do cabo, 

porém não suportaria uma nova configuração de 2 condutores CAA 636 por fase. No caso do ramal Mario Brigido as

torres existentes também não suportariam a troca de 1 condutor CAA 336 LINNET por 1 condutor CAA 954 RAIL.

Em ambas as situações seriam necessárias as trocas das estruturas existentes por estruturas maiores e mais fortes, ou

a inserção de torres intermediárias em toda a linha para manter as distâncias de segurança.

As linhas de alta tensão HBO-JAQ 1- 2, 3-4 e o trecho de linha que interliga com a Subestação Mario Brigido, quando

foram projetadas, eram linhas com aspecto rural, em um ambiente de mata nativa e manguezal.  Com o constante

crescimento populacional na região, grande parte do que era mata foi tomado pela cidade que impossibilita a ampliação

da faixa de servidão, outros trechos das linhas onde o mangue está preservado são áreas alagadas onde qualquer

intervenção é inviável, tanto pelo aspecto da preservação do meio ambiente nativo, quanto pelos altos custos e elevados

tempos para a reconstrução.

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Os itens 2.2.1 e 2.2.2 abordarão aspectos técnicos e ambientais avaliados que inviabilizaram a reconstrução das linhas,

pois aumentaria demasiadamente os custos e os tempos de execução da obra.  

2.2.1 Reconstrução das Linhas em Áreas Preservadas - Aspectos Ambientais

Observa-se na figura 2 que a região, onde estão localizadas as duas linhas de duplo circuito HBO-JAQ 1-2 e 3-4, é uma

área totalmente alagada com um terreno pouco estável sendo necessário fundações especiais tipo estaca raiz.

Figura 2 - Exemplo do tipo de solo em áreas de manguezais

A imagem por si só já justifica a busca por soluções mais amigáveis para o meio ambiente. A reconstrução das linhas ou

a construção de novas linhas neste tipo de terreno tornam os custos de material e de mão de obra caros, dificultando ou

mesmo impossibilitando o processo para obtenção de licenças ambientais.

O recondutoramento é uma alternativa mais amigável, pois não interfere no meio ambiente, dispensa algumas licenças

ambientais e os custos da obra são mais previsíveis e  fáceis de serem controlados. Obras complexas que exigem

licenças ambientais e sem prazo determinado para a liberação, podem acarretar em erros significativos no orçamento

final.

2.2.2 Reconstrução das Linhas em Áreas Urbanas densamente Povoadas - Aspectos Sociais

A reconstrução de linhas em áreas urbanas como uma alternativa para projetos de recapacitação  exige a instalação de

novas torres mais fortes e mais robustas. Como pode ser observado na figura 3, grandes obras em linhas urbanas

provoca uma grande interferência na comunidade local. O recondutoramento, que simplesmente substitui o condutor

existente por outro condutor, minimiza as interferências nas áreas urbanas e evita possíveis desapropriações de terras

em geral necessárias na reconstrução de linhas.

Figura 3  - Fotos da Linha e Faixa de Servidão no Trecho Urbano da Recapacitação 

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2.3 Recondutoramento com Condutor de Alta Capacidade e Baixa Flecha

Este método de recapacitação consiste na substituição de condutor existente por um condutor de alta temperatura e

baixa flecha, utilizando as mesmas estruturas e faixa de servidão minimizando os impactos ambientais e sociais.   

O condutor 3M ACCR é um Condutor de Alumínio Reforçado por Compósito Metálico utilizado em linhas de transmissão

aérea, tem aspectos construtivos similares ao condutor CAA, possui vários fios na alma e nas coroas de alumínio, e

pode operar em regime contínuo até 210°C e em emergência até 240°C. Projetado para aumentar de duas a três vezes

a capacidade de transmissão de energia, mantém as torres existentes sem necessidade de aquisição de faixa de

servidão adicional.

Nas Linhas de alta tensão HBO-JAQ 1-2, 3-4 e o ramal Mário Brigido, os condutores ACCR foram projetados dentro dos

limites de trações dos condutores existentes, dessa forma todas as torres foram mantidas, e em algumas torres foi

adotado a tecnologia Isolador tipo Pilar no lugar das mísulas a fim de atender as distancias de segurança segundo

requisitos da NBR 5422 e normas internas da CPFL Piratininga.

Os resultados dos cálculos para a seleção do condutor ACCR que atendeu os requisitos mecânicos e elétricos da linha,

bem como os cálculos de tração e flecha, estão apresentados na tabela 2 para a linha HBO-JAQ 1-2 e 3-4, e na tabela 3

para o ramal Mario Brigido.

Tabela 2 - Estudo comparativo entre o condutor existente e o condutor selecionado para o recondutoramento da Linha

HBO-JAQ 1-2 e 3-4

Tabela 3 - Estudo comparativo entre o condutor existente e o condutor selecionado para o recondutoramento do Ramal

Mario Brigido

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Os condutores ACCR selecionados como soluções para atender todos os requisitos mínimos para o recondutoramento

das linhas Henry Borden e Mario Brigido formam os condutores ACCR 780-T10 PUFFIN para os quatro circuitos da linha

HBO-JAQ  e ACCR 480-T13 FLICKER  para os dois circuitos do ramal Mario Brigido. .

Para o cálculo da capacidade de corrente foi utilizado o método IEEE std 738-2006. As condições ambientais utilizadas

no cálculo foram: Temperatura ambiente 30 (°C), velocidade de vento 1 (m/s), radiação solar 1000 (w/m²), absorção e

emissividade 0,5.

  As figuras abaixo mostram as curvas de corrente por temperatura dos condutores.

Figura 4 - Curva de Corrente (A) x Temperatura (°C) do condutor ACCR 780-T10 PUFFIN

 

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Figura 5 - Curva de Corrente (A) x Temperatura (°C) do condutor ACCR 480-T13 FLICKER

Após a definição dos condutores especiais de baixa flecha para o recondutoramento das linhas de alta tensão foram

elaborados os projetos executivos. O projeto final foi elaborado no software PLS CADD, no projeto executivo da linha foi

verificado as trações mecânicas em todas as estruturas e todas as distâncias de segurança em todos os vãos da linha

de acordo com as normas internas CPFL Piratininga e NBR 5422.

A figura 6 ilustra o projeto no software PLS CADD em um tramo crítico da linha HBO-JAQ 1-2 entre as torres 52 e 57.

Figura 6 - Perfil da Linha Recondutorada com o Condutor ACCR 780-T10 entre as torres 52 e 57

Em todas as torres de suspensão de todos os circuitos da linha HBO-JAQ foram projetadas a inserção de isoladores tipo

Pilar substituindo as mísulas metálicas. A figura 7 ilustra esta configuração Isolador tipo Pilar.

 Os objetivos desta modificação foram:

1. Evitar o toque acidental dos condutores nas torres de suspensão da família T2, que são estreitas, provocado pelo

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balanço do vento;2. Preparar a linha para operação futura em 138 (kV).  Os circuitos atualmente estão em operação na tensão de 88

(kV);3. Aumentar a distância de segurança cabo-solo em vãos críticos nas áreas urbanas.

Figura 7 - Configuração de Torre de Suspensão Tipo Pilar

2.4 Desafios na Instalação dos Condutores na Recapacitação

Para a troca de condutores de uma dada linha de transmissão o método mais seguro e rápido é o desligamento de todos

os circuitos existentes a serem recondutorados, contudo as condições adversas de operação da linha normalmente não

têm permitido isso. O uso de técnicas como a construção de um circuito temporário em paralelo tem sido uma excelente

alternativa, porém não é aplicável quando se tem faixas estreitas ou locais de difícil acesso.

Com a impossibilidade de desligar a linha durante todo o tempo o modelo adotado foi do prévio desligamento de apenas

um dos dois circuitos fora horário do pico de consumo. Então um dos circuitos era desligado pela manhã e devolvido ao

final da tarde para que a operação pudesse contar com ele nos horários de demanda alta.

Com um curto intervalo de tempo para a execução dos trabalhos, as atividades tiveram que ter uma programação

bastante planejada e cuidadosa, de forma que todo condutor que tivesse seu processo de lançamento iniciado pudesse

atravessar o tramo e que ele fosse efetivamente conectado, mesmo que temporariamente aos outros condutores

existentes nas extremidades em tempo hábil para a devolução da fase para a operação da CPFL Piratininga. Por vezes

foi feita a energização com conexão temporária entre o condutor convencional e novo condutor através de grampos

paralelos especiais.

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Figura 8 - Energização em roldanas e conexão temporária com grampo paralelo 

2.4.1 Instalação na Linha 88 kV Henry Borden - Jabaquara 1-2

A instalação da linha HBO-JAQ 1-2 teve uma dose extra de desafio por se tratar de uma troca de condutores numa

região onde há predominância de uma vasta área de manguezal. A menor das ferramentas utilizadas na obra ou

acessórios e ferragens necessárias na linha tornavam-se empecilhos praticamente intransponíveis. Houve a

necessidade da adoção de critérios de planejamento que contemplassem também a movimentação das marés.

Figura 9 - Transporte de ferramentas no Manguezal

Com a impossibilidade de acesso com quaisquer veículos motorizados foi orquestrado um plano que previa que quando

as águas se encontrassem em um nível mais elevado (cheia) seria utilizado um barco para transporte pessoas,

ferramentas e acessórios ao local da instalação. Quando se dava a diminuição do nível das águas (vazante) a

caminhada sobre o lodo do mangue seria o único meio possível de chegar ao local da instalação. Coordenar o fluxo das

marés que se alteravam com períodos de 6 horas em 6 horas e o período curto de desligamento da linha realmente

tornaram as atividades bastante desgastantes aos trabalhadores e a supervisão, que por força das condições ambientais

eram rotineiramente colocados a prova para elaborarem dia a dia um plano de contingência que previsse que todo o

cabo que fosse lançado teria que ser energizado ao final de cada jornada de trabalho.

Dois condutores foram necessários para drenar a corrente do novo condutor que tem o dobro da capacidade dos cabos

convencionais. Para isso foi adotada nos extremos da linha uma chapa adaptadora que tem o propósito de conectar dois

terminais a um só ponto de derivação e também adequar a furação padrão Nema 4 furos à furação padrão Nema 3 furos.

Figura 10 - Derivação de 1 ACCR x 2 ACSR com chapa adaptadora

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2.4.2 Instalação na Linha 88 kV Henry Borden - Jabaquara 3-4

O recondutoramento da linha HBO-JAQ  3-4 está previsto para ser iniciado em agosto de 2014. Os desafios são

similares aos da linha 1-2, pois tem a mesma configuração, são paralelas e cortam as mesmas regiões alagadas.

2.4.3 Ramal Mario Brigido

Não obstante das demais instalações na Baixada Santista o recondutoramento em área urbanas densamente povoadas

e de transito intenso esbarram nas dificuldades de efetivo acesso local da instalação e na falta de locais para a

confecção das praças de lançamento ao longo da linha.

O novo condutor também teve pontos críticos de cruzamentos com redes de distribuição de energia, canais, avenidas e

ruas muito movimentadas que trouxe uma adicional preocupação com segurança dos moradores, veículos e transeuntes

da região. Adotaram-se meios técnicos ainda mais seguros de lançamento. Incrementou-se então ao método de

lançamento tensionado o apoio de várias roldanas ao logo do vão, de forma que em caso de perda repentina de tração

entre as máquinas de lançamento, o cabo ainda permanecesse elevado e com altura suficiente para não comprometer a

passagem de veículos ou pessoas sob o condutor. Esta técnica é muito difundida na instalação de cabos do tipo OPGW

sobre linhas energizadas, ainda que mais trabalhosa e demorada foi escolhida para assegurar a integridade da

população e dos funcionários da construtora durante a realização dos trabalhos.

Figura 11- Fotos sobre a técnica de lançamento com roldanas de apoio

 

3. Conclusões

O objetivo de aumentar a capacidade de corrente nas linhas HBO-JAQ e no ramal Mario Brigido utilizando a técnica do

recondutoramento foi um sucesso. Os resultados vêm comprovando que a solução adotada pela CPFL Piratininga não 

acumulou custos adicionais, simplificou as autorizações ambientais, evitou grandes interferências em centros urbanos e

foi finalizada dentro do cronograma previamente estabelecido.

O recondutoramento com o condutor ACCR foi muito eficaz, pois garantiu a integridade dos transeuntes e funcionários da

construtora, não registrando incidentes, acidentes ou danos a terceiros durante a execução da obra. Ainda que seja muito

trabalhoso, trocar condutores numa área critica é muito mais fácil e rápido que executar uma obra onde envolva fundações ou

construção de torres. Ademais os riscos técnicos, embargos ambientais e adversidade do projeto nesses locais deixariam a obra

muito mais cara e demoradas.

A complexidade do trabalho, aliando o fluxo das marés e os desligamentos previamente planejados, deixa uma certeza de que

soluções convencionais, que envolvem fundações e/ou reforços estruturais, dificilmente seriam efetivamente viabilizadas em tempo

hábil numa região tão critica como esta da Baixada Santista. 

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4. Referências bibliográficas

ABNT NBR 5422, Projetos de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia - Precedimento, Fevereiro de 1985;

ABNT NBR 7270, Cabos de Alumínio Nus com Alma de Aço Zincado para Linhas Aéreas, 2009;

IEEE Std 738, IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors, 1993;

3M - SPECIFICATION FOR FIBER REINFORCED ALUMINUM MATRIX COMPOSITE WIRE - Standard Specification for

Fiber Aluminum Matrix Compasite (AMC) Core Wire for Aluminum Conductors Composite Reinforced (ACCR), 2009;

3M ACCR - CONDUTOR DE ALUMÍNIO REFORÇADO POR COMPÓSITO - Catálogo Técnico;

3M - Standard Test Methods Available for Evaluating 3M ACCR Constituent Materials, 2009;

FUCHS, R.D., Transmissão de Energia Elétrica: Linhas Aéreas; Teoria das linhas em regime permanente. Rio de

Janeiro, Livros Técnicos e Científicos; Itajubá, Escola Federal de Engenharia; 1977;

 

 

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