Teste isolação cabos MT

UIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR

CETRO DE TECOLOGIA

DEPARTAMETO DE EGEHARIA ELTRICA

CURSO DE EGEHARIA ELTRICA

COMISSIOAMETO DE CABOS SUBTERREOS DE

MDIA TESO EM PARQUES ELICOS

JORGE FELIPE SALGADO NOGUEIRA

Fortaleza

Junho de 2010

ii

JORGE FELIPE SALGADO NOGUEIRA

COMISSIOAMETO DE CABOS SUBTERREOS DE

MDIA TESO EM PARQUES ELICOS

Monografia apresentada para a obteno

dos crditos da disciplina Trabalho de

Concluso de Curso do Centro de

Tecnologia da Universidade Federal do

Cear, como parte das exigncias para a

graduao no curso de Engenharia Eltrica.

rea de concentrao:

Sistema Eltrico de Potncia

Orientador: Prof. Alexandre Rocha

Filgueiras.

Fortaleza

Junho de 2010

iv

Tornar-se nobre por merecimento prprio melhor do que ser nobre por nascimento.

(Ccero)

v

A Deus,

Aos meus pais, Marilio e Rosemir,

Ao irmo, Marlio Salgado,

A namorada, Renata,

Aos meus familiares,

A todos os amigos.

vi

AGRADECIMETOS

A Deus, que me deu vida, sade e inteligncia, e que me d fora para

continuar a caminhada em busca dos meus objetivos.

Aos meus pais, irmo e namorada, pela dedicao e apoio que tem me dado e

sem os quais no alcanaria essa conquista.

Aos professores do curso de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do

Cear pelos ensinamentos e em especial ao meu orientador, Alexandre Rocha Filgueiras, que

se disps e muito colaborou para o engrandecimento desta monografia.

Aos colegas de trabalho da RMS Engenharia, pela ajuda e pelo tempo

concedido com explicaes que me ajudaram tanto na parte terica quanto prtica do assunto.

Aos amigos de sala pela alegria, companheirismo e por tornarem esses anos de

faculdade muito especiais para mim.

vii

RESUMO

O presente trabalho propre uma metodologia de ensaios a serem aplicados

em comissionamento de cabos de mdia tenso instalados em redes subterrneas utilizados na

distribuio de energia em parques elicos.

Durante este trabalho, foram apresentados dois tipos de ensaios realizados em

cabos isolados, utilizando os equipamentos megohmetro e hipot que medem, respectivamente,

a resistncia de isolamento e a capacidade da isolao do cabo suportar a tenso de operao,

dando confiabilidade ao sistema de distribuio subterrnea. Para a demonstrao desta

proposta, foram apresentados resultados de ensaios feitos em um parque elico modelo com a

potncia de 50,4MW, composto de 24 aerogeradores, sendo divididos em 3 alimentadores

principais.

Os equipamentos de ensaios foram o hipot de 120 kVcc da Instronic, modelo

HT-120.05CC, e o megohmetro de 5kV da Metrel, modelo MI-2077, e os cabos de mdia

tenso ensaiados so compostos por condutor de fio de alumnio, blindagem do condutor

termofixo semicondutor, isolao em XLPE, blindagem da isolao composto por termofixo

semicondutor e cobertura em termoplstico de polietileno.

viii

ABSTRACT

The present work proposes one methodology to be used in testing and

commissioning of medium voltage cables installed on underground networks that are used on

power wind farms.

During this work, two tests were performed on insulated cables, using megger

and HIPOT, that measure, respectively, the insulation resistance and insulation capacity of the

cable to resist the operation voltage, giving reliability to the underground distribution system.

To demonstrate this proposal, the tests were made in model of a wind farm composed by 54

wind turbines with an output of 50.4MW, divided on three main feeders.

The test equipments were Hipot 120kVcc, model HT 120.05CC from

Isotronic, High Voltage Insulation Tester, model MI-2077 from Metrel and medium voltage

tested cables were composed by aluminum wire, insulation shield with XLPE, insulation

shield composed of semicondutor and external coverage with thermosetting thermoplastic

polyethylene.

ix

SUMRIO CAPTULO 1 - INTRODUO .......................................................................................... 1

1.1 OBJETIVO ............................................................................................................ 3

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................ 3

1.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ......................................................................... 4

CAPTULO 2 DISTRIBUIO DE ENERGIA ELTRICA SUBTERRNEA ................ 5

2.1 APLICAES NO BRASIL .................................................................................. 5

2.2 CABOS UTILIZADOS EM RDS EM PARQUES ELICOS ................................. 7

2.2.1 CONDUTOR ........................................................................................... 8

2.2.2 SISTEMA DIELTRICO ......................................................................... 8

2.2.3 COBERTURA ....................................................................................... 11

2.3 MTODOS DE INSTALAO ........................................................................... 11

CAPTULO 3 REDE DE DISTRIBUIO SUBTERRNEA EM OPERAO ............ 16

3.1 FALHAS NOS CIRCUITOS DE RDS ................................................................. 16

3.2 ENSAIOS DO DIELTRICO ANTES E APS A INSTALAO ...................... 20

CAPTULO 4 APLICAO DOS ENSAIOS EM RDS .................................................. 24

4.1 METODOLOGIA DOS ENSAIOS ....................................................................... 24

4.2 APRESENTAO DE RESULTADOS DE ENSAIOS EM UM PARQUE MO-

DELO.................. ............................................................................................................. 28

CAPTULO 5 - CONCLUSO .......................................................................................... 41

REFERCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................. 42

APDICE A DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES ....................................... 44

APDICE B CLCULO DA QUEDA DE TENSO ................................................... 47

APDICE C CLCULO DAS PERDAS ELTRICAS ................................................ 56

Introduo

1

1 ITRODUO

No Brasil cerca de 97% das redes de distribuio de energia eltrica so areas

(RDA) e os 3% restantes so redes subterrneas (RDS). Esses ltimos, concentram-se nas

regies centrais das grandes cidades e em alguns locais especficos, como redes internas de

parques elicos. A RDA tem baixo investimento inicial, porm possui alto custo de operao,

alm de manuteno de podas em rvores. Estima-se que os gastos com podas so 10 dlares

por rvore, perfazendo um total de 4 a 7 milhes de dlares por ano em uma cidade de grande

porte. Por outro lado, a RDS possui maior investimento inicial, contudo menor custo em ma-

nuteno[1].

Na RDA, uma vez que os cabos ficam expostos, as intervenes para consertos

tambm precisam ser frequentes. Os danos so causados por raios (descargas atmosfricas),

ventos, pssaros, chuvas, contaminao ambiental (poluio, salinidade) e acidentes com ve-

culos que atingem postes. Ademais, grande o nmero de pessoas que morrem todo ano de-

vido aos acidentes com os fios, que em sua maioria so construdos com cabos no-isolados.

A RDS proporciona maior confiabilidade, segurana, integrao com o meio

ambiente, valorizao da rea e no possui interferncia com arborizao. Todavia, sua des-

vantagem em relao a derivaes complexas e alto investimento inicial, com utilizao de

itens, como cabos de energia de mdia tenso com isolao eltrica adequada, podendo chegar

a dez vezes mais que a rede convencional [1].

A isolao eltrica uma das mais importantes partes dos componentes de alta

tenso e sua qualidade determina a confiabilidade dos diversos equipamentos eltricos utiliza-

dos na gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica, tais como cabos, isoladores,

transformadores, geradores e motores.

Em sistemas de distribuio subterrnea so utilizados cabos de energia com

isolao eltrica constitudos de materiais polimricos sintticos, termofixos, dos quais, desta-

cam-se o polietileno reticulado (XLPE) e a borracha etilenopropileno (EPR), devido a suas

excelentes propriedades dieltricas, propiciando elevada rigidez dieltrica e a alta resistivida-

de volumtrica.

A camada dieltrica projetada para suportar diversos estresses, aos quais fica

submetida durante sua vida. Estes estresses so normalmente classificados em quatro tipos, a

saber: eltrico (campo aplicado, tenso, frequncia de operao e sobretenses), trmico

Introduo

2

(temperatura de operao e gradientes de temperatura), mecnico (vibrao e toro) e ambi-

ental (umidade), podendo agir sobre o sistema de isolao de forma individual ou combinada.

Os cabos isolados de mdia tenso empregados em RDS mantem um campo

eltrico confinado e baixa influncia do campo magntico no meio. Em campo, eles podem

ser instalados em dutos ou diretamente enterrados no solo. Para qualquer uma dessas situa-

es, o ambiente no qual o cabo est imerso experimentar vrios estresses. Ainda, esto as-

sociados alta confiabilidade, com ndices reduzidos de interrupo devido s suas caracters-

ticas construtivas que impedem a ocorrncia de perturbaes devido aos fenmenos climti-

cos, mecnicos ou humanos. No entanto, quando ocorrem as falhas em cabos subterrneos so

de custo mais elevado, pois exige a substituio da seo de linha defeituosa para o restabele-

cimento do sistema. De forma distinta as redes areas, onde a localizao de defeitos pode ser

realizada por meio de inspees visuais, a topologia subterrnea impossibilita a utilizao

desta abordagem [2].

Todavia, deve ser observado que os estresses podem levar a degradao da

isolao do cabo, como arborescncia em gua, este tipo de degradao devido aos meca-

nismos de migrao de gua contendo ons na presena de campo eltrico. Ademais, por mais

cuidadoso que seja o controle de qualidade durante o processo de manufatura dos condutores

praticamente impossvel evitar a presena de defeitos no produto final, tais como vazios que

so fontes geradoras de descargas eltricas parciais internas.

A evoluo da arborescncia e ocorrncia contnua de descargas, quando sob

estresse eltrico, leva progressiva deteriorao das propriedades fsicas dos materiais isolan-

tes podendo vir, em ltima instncia, a causar a falha do equipamento por ruptura, comprome-

tendo o desempenho e a confiabilidade dos sistemas de distribuio subterrneos [2].

O rompimento de isolao em cabos de mdia tenso gera em sua volta um

campo magntico, devido tenso elevada, como tambm um campo eltrico em suas proxi-

midades com valores considerveis, suficiente para provocar distrbios de fuga de corrente.

Considerando, por exemplo, que trs cabos com tenso de 34,5kV entre eles, havendo rompi-

mento da isolao em apenas um cabo haveria um "vazamento de corrente" neste local. No

caso, distribuio estrela aterrada, teramos 19,92 kV de tenso entre o cabo e o meio (terra),

onde o cabo se encontra. Como o meio em que est o condutor normalmente mido por es-

tar enterrado haver uma condutividade maior, ou seja, uma corrente igual tenso no local

de ruptura dividido pela resistncia eltrica entre o cabo e o meio.

O ensaio de tenso aplicada o mtodo mais comum e usual para diagnstico e

deteco de falhas presentes na isolao eltrica, sendo amplamente utilizado em testes de

Introduo

3

cabos e acessrios (emendas e terminais). Normalmente os ensaios so realizados, em condu-

tores de mdia tenso blindados e pela aplicao de tenso eltrica contnua entre condutor e

blindagem aterrada.

Os ensaios de corrente contnua, aplicados a cabos com processo de isolao

forada de forma semi-contnua, ou seja, isolao extrudada, principalmente em instalaes

antigas, podem causar o envelhecimento precoce ou danos permanentes. Por outro lado, um

ensaio preventivo elimina, em momento conveniente, os defeitos incipientes que poderiam

ocorrer durante a operao do sistema, provocando transtornos e perdas monetrias [3].

1.1 OBJETIVO

Dois fatores principais motivaram o desenvolvimento deste estudo. Primeiro,

do ponto de vista de engenharia, a tcnica de localizao e deteco de falhas em sistema de

distribuio em mdia tenso se apresenta como uma importante ferramenta de diagnstico e

localizao de defeitos em sistemas de isolao. Segundo, do ponto de vista econmico, a

aplicao de tcnicas de comissionamento evita lucros cessantes principalmente em parques

elicos.

O presente trabalho objetiva criar um roteiro com mtodos de ensaios e instala-

o adequada e testes que garanta a confiabilidade do sistema de distribuio subterrneo em

parque elico. Para tal fim ser utilizado um Parque Modelo, JS WIND, usando dados de um

parque j existente, criando sugestes de aprimoramento para solucionar problemas encontra-

dos em testes e ensaios eltricos de isolao eltrica em condutores enterrados.

1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO

Para o desenvolvimento deste trabalho, foi realizada uma pesquisa bibliogrfi-

ca em empresas de energia, normas e na literatura especializada, no sentido de se obter subs-

dios adicionais que contribussem para o desenvolvimento da monografia. Como resultado

desta reviso bibliogrfica, adotou-se uma estrutura de trabalho em quatro captulos, cujos

contedos sero descritos a seguir.

No captulo 2 est apresentado todos os aspectos tericos relevantes para o

entendimento do trabalho como um todo. Inicialmente, mostra-se um panorama de como se

encontra a utilizao de redes subterrneas em sistemas de distribuio eltrica de mdia ten-

Introduo

4

so. Com isso, sero explanados conceitos sobre a estrutura geral de condutores eltricos, bem

como os diversos tipos existentes no mercado e os mtodos de instalaes subterrneas.

Os princpios dos ensaios de cabos de mdia tenso para deteco de defeitos

que possam interferir no funcionamento adequado de cada um deles, assegurando que os con-

dutores isolados e seus acessrios estejam aptos para entrarem em operao, com qualidade e

segurana, sero detalhados no captulo 3.

No captulo 4 est apresentado um roteiro de testes e ensaios eltricos para

deteco de falhas e diagnsticos em cabos subterrneos, abrangendo aspectos constantes e

tambm ausentes na norma NBR 7287. Este roteiro mostra alguns testes e ensaios eltricos

que devem ser realizados, indicando inclusive, equipamentos necessrios para os testes e pro-

cedimentos passo a passo de como realiz-los. Alm disso, ser analisado um estudo de caso

visando exemplificar na prtica os procedimentos realizados em campo. Este estudo utiliza

como base um parque elico, cujo nome do modelo JS Wind, constitudo de 24 torres, capa-

cidade de gerar 50,4MW e tenso na rede de distribuio subterrnea de 34,5 kV.

No captulo 5 est apresentado concluses do trabalho, bem como sugestes

para pesquisas futuras, dando continuidade assim ao tema abordado.

1.3 EQUIPAMETOS UTILIZADOS

Megohmetro

Modelo: MI-2077

Fabricante Metrel

Aparelho para aplicao de tenso aplicada (HIPOT)

Modelo: HT-120.05CC

Fabricante: Instronic

Termohigrmetro

Modelo: MS6505

Fabricante: Instronic

Captulo 02

5

2 DISTRIBUIO DE EERGIA ELTRICA SUBTERREA

2.1 APLICAES O BRASIL

Segundo [12], o aumento da populao e as novas instalaes em uma regio

caracterizam muitas vezes um crescimento desordenado na rede de distribuio area de ener-

gia eltrica. A disputa entre as rvores nas caladas e as redes eltricas pelo mesmo espao

sem dvida um dos principais problemas existentes numa cidade. Alm disso, a maioria das

rvores, uma vez podadas, comea a brotar em direo aos condutores eltricos precisando de

novas manutenes em curto espao de tempo.

A rede convencional area fica totalmente desprotegida contra as influncias

do meio ambiente, situaes adversas, apresenta alta taxa de falhas e exige que sejam feitas

podas drsticas nas rvores, visto que o simples contato com do condutor com um galho de

rvore pode provocar o desligamento de parte da rede. Interrupo no fornecimento de ener-

gia no planejado pode causar uma situao insustentvel. Muitas das interrupes duram

horas at serem restabelecidas, por isso mesmo, incalculvel o prejuzo que tais falhas no

fornecimento de energia acarretam, pois podero haver perda de muitos dias de trabalho (lu-

cros cessantes).

O custo inicial pode ser um empecilho para a construo de redes subterrneas,

no entanto, existem muitas outras caractersticas que jogam a favor como, por exemplo: maior

confiabilidade na distribuio, reduo significativa de interferncia externas, menor custo de

manuteno, aumento da segurana da populao devido tecnologia avanada dos equipa-

mentos e instalaes.

Segundo anlise comparativa dos custos de diferentes redes de distribuio de

energia eltrica, o sistema subterrneo de distribuio de energia eltrica mais complexo que

o sistema areo, apesar do custo mais elevado, para sua instalao e manuteno apresenta

uma srie de benefcios, como [12]:

Reduo significativa das interrupes pela diminuio da exposio

dos circuitos aos agentes externos, incrementando a confiabilidade do

servio.

Eliminao dos circuitos areos, o que melhora bastante a aparncia do

sistema e principalmente, ajuda a preservar as rvores, contribuindo,

Captulo 02

6

consequentemente, para o melhoramento do aspecto visual das cidades

e conservao do meio ambiente.

Aumento da segurana para a populao, com a reduo do risco de a-

cidentes por ruptura de condutores e contatos acidentais.

Reduo dos custos de manuteno, como podas de rvores e desloca-

mento de turmas de emergncia .

Deste modo, as RDS esto sendo cada vez mais utilizadas porque trazem gran-

des benefcios de segurana, confiabilidade e em alguns locais, at mesmo benefcios econ-

micos. Quando se somam os custos de poda de rvore, da interrupo do fornecimento de

energia, dos custos sociais, da falta de segurana e da no-produo, fica mais fcil notar que

ao longo do tempo as redes subterrneas so vantajosas, tanto para quem instala quanto para

quem as utiliza. Um exemplo disso so condomnios que optaram por instalaes subterr-

neas, explicitando uma valorizao do patrimnio que supera o investimento feito. Outra de-

monstrao dessa vantagem a instalao de RDS em usinas elicas, devido confiabilidade,

reduo do custo de manuteno e diminuio da contaminao ambiental, evitando possveis

perdas monetrias no momento de interrupo de fornecimento de energia [9].

A enorme diferena do custo inicial se deve principalmente ao condutor, que

na mdia tenso passa a desenvolver uma filosofia de construo completamente diferente. Na

linha area de distribuio de energia o ar utilizado como isolante, pois possui uma alta rigi-

dez dieltrica, alm dos condutores ficarem localizados em uma altura inacessvel para os

transeuntes. No entanto, nas instalaes subterrneas o isolante passa a ser o material sinttico

em volta do cabo. Por isso, ele dever ter uma espessura suficiente para suportar esforos do

campo eltrico do condutor ao meio externo.

Esses esforos tem que ser uniformes, porque como o espao pequeno pode

haver rompimento do dieltrico. Outro problema apresentado que os cabos podem estar lo-

calizados a uma distncia prxima aos transeuntes e assim os campos eletromagnticos cria-

dos ao redor do condutor induziriam correntes perigosas no ambiente. Por essa razo, os ca-

bos de mdia tenso isolados precisam ser blindados e aterrados para confinar o campo eltri-

co no seu interior. Essa blindagem de difcil construo e tem que ser feita em toda a exten-

so da rede o que leva ao seu encarecimento [9].

Captulo 02

7

2.2 CABOS UTILIZADOS AS RDS EM PARQUES ELICOS

O elevado custo inicial para a aplicao de RDS atribudo ao emprego de

condutores com isolao adequada. A qualidade da isolao eltrica determina a confiabilida-

de dos equipamentos eltricos utilizados na distribuio, tais como cabos, transformadores,

geradores e motores.

Os cabos eltricos tem a finalidade de conduzir energia eltrica, sendo classifi-

cados comercialmente em trs classes de acordo com a tenso eltrica aplicada. Essa classifi-

cao feita de acordo com a maioria dos fabricantes de condutores eltricos. Condutor de

baixa tenso possui a tenso de isolamento em at 1 kV, mdia tenso de 1 kV at 35 kV e

alta tenso acima de 35 kV. importante salientar que essa classificao pode variar de acor-

do com o fabricante, principalmente a distino entre condutores de baixa e mdia tenso

[13].

A estrutura construtiva do cabo vai depender fundamentalmente da sua tenso

de isolamento, de sua aplicao e utilizao. O elemento de transporte de energia eltrica de

mdia tenso mais utilizada em usinas elicas so os cabos singelos, sendo compostos pelo

condutor, sistema dieltrico e proteo externa, descritos posteriormente.

A figura 2.1 apresenta as camadas construtivas de um cabo de mdia tenso

utilizado em RDS.

Figura 2.1 Camadas construtivas do cabo de mdia tenso.

Captulo 02

8

2.2.1 CODUTOR

Os materiais normalmente utilizados como condutores eltricos so o cobre e o

alumnio. A seleo do material condutor leva em conta a capacidade de conduo de corrente

(ampacidade), custo e, algumas vezes, a massa do cabo.

Os condutores dos cabos de energia podem ser formados por um nico fio ou

pela reunio de vrios fios formando cordas. As cordas so formadas de modo a se chegar a

diferentes graus de flexibilidade, a qual depende da relao entre a seo total do condutor e a

do fio elementar.

De um modo geral, quanto maior for o nmero de fios componentes mais fle-

xvel ser o cabo, porm tambm haver a tendncia de um custo mais elevado para o produto

acabado, devido a um maior nmero de operaes de trefilao e encordoamento.

Na estrutura construtiva pode ser adicionado o bloqueio do condutor que tem a

finalidade de eliminar a possibilidade de migrao de gua pelo condutor, atravs do preen-

chimento de um material compatvel entre os espaos internos vazios entre os fios componen-

tes do condutor. Normalmente, os tipos de bloqueio se apresentam na forma de massas poli-

mricas, p, fios ou fitas de bloqueio. A construo bloqueada impede a corroso dos condu-

tores de alumnio isolados e o surgimento do fenmeno de arborescncia em gua (water

treeing), devido presena de gua nos condutores, em cabos com isolao polimrica para

mdia tenso.

2.2.2 SISTEMA DIELTRICO

Em condutores de mdia tenso, o sistema dieltrico composto pela blinda-

gem do condutor, blindagem da isolao e a isolao.

A blindagem do condutor constitudo por materiais polimricos condutores

no-metlicos, normalmente chamados de semicondutores, tem como principal finalidade

transformar a superfcie irregular em uma superfcie praticamente cilndrica e lisa. Com isto,

ocasiona a diminuio substancial de concentraes de campo eltrico na isolao.

A blindagem da isolao normalmente constituda por meio de uma parte

semicondutora, equalizando o campo eltrico atravs de uma distribuio radial e simtrica.

Ademais, associado a uma parte metlica para o transporte das correntes capacitivas e de cur-

to-circuito do sistema.

Captulo 02

9

A blindagem do condutor e a blindagem da isolao mantendo contato perfeito

com as superfcies externas eliminam espaos vazios na estrutura do cabo, evitando a ocor-

rncias de descargas parciais. As duas blindagens devero ser composta atravs de camada

extrudada, obtendo uma espessura mdia de 0,4mm e espessura mnima de 0,32mm.

Para ser efetiva a blindagem do condutor deve ter resistividade mxima de 50.000.cm a

70C para compostos termoplsticos e 100.000.cm a 90C para compostos termofixos

(TEXEIRA JUNIOR, 2004, p. 28).

Em RDS utilizadas em parque elicos mais comum a utilizao de cabos de

energia com isolao eltrica constitudos de materiais polimricos sintticos, termofixos, dos

quais destacam-se o polietileno reticulado (XLPE) e a borracha etilenopropileno (EPR), devi-

do a suas excelentes propriedades dieltricas, propiciando elevada rigidez dieltrica, a alta

resistividade volumtrica e baixas perdas dieltricas.

As isolaes termofixas so obtidas a partir da extruso e reticulao do material, capaz de

manter o seu estado fsico mesmo em regimes onde altas temperaturas esto envolvidas a-

lm do limite admissvel, carbonizando-se sem tornar-se lquido (TEXEIRA JUNIOR,

2004, p. 32).

Com isso, permite que mais potncia possa ser transportada para a mesma se-

o de condutor do que o similar termoplstico e, principalmente, em sistemas onde se tem

alto nvel de curto-circuito.

Os termofixos podem ser instalados diretamente ao solo por serem materiais

resistentes ao fenmeno de water treeing, desde que adequadamente formulados. No caso

do XLPE necessria a adio de ingrediente retardante na sua base polimrica.

Na tabela 2.1 so apresentadas as caractersticas gerais da isolao dos termo-

fixos XLPE e EPR, atravs de valores tpicos no devendo ser utilizados para especificaes.

Captulo 02

10

Tabela 2.1 Caractersticas de isolao.

Caracterstica ominal Material

XLPE EPR

Rigidez dieltrica (kV/mm) CA 50 40 Impulso 65 60

Fator de perdas (tg&) 0,0005 0,003 Constante dieltrica() 2,3 2,6 3,0 . tg&(x103) 1,15 7,8 9,0 Resistividade trmica(C.m/W) 3,5 5,0 Estabilidade em gua regular tima Flexibilidade ruim tima

Limites Trmicos (C) Permanente 90 90 Sobrecarga 105-130 130 Curto-circuito 250 250

A espessura da isolao de um cabo de energia determinada de modo que

esteja garantida a sua integridade mecnica e eltrica durante os processos de fabricao, ins-

talao e operao. Portanto, tem que suportar gradiente de potencial mximo especificado,

tanto em condies de operao normal quanto em condies transitrios de impulso.

Atravs da Equao 2.1, pode-se determinar gradiente de potencial mximo

para uma estrutura coaxial.

)1ln(r

tr

VoE

+

= (2.1)

Onde:

E Gradiente de potencial (kV/mm);

Vo Tenso fase-terra (kV);

r Raio da blindagem do condutor (mm);

t Espessura da isolao (mm).

No entanto, as espessuras da isolao para cabo de mdia tenso so normal-

mente fixadas por normas, independentemente da variao da seo dos condutores. Alm

disso, podem ser observados diferentes gradientes de potencial para cada seo de condutor,

desde que sejam mantidas fixas a tenso de isolamento e a espessura de isolamento [3].

Captulo 02

11

2.2.3 Cobertura

A cobertura aplicada sobre a blindagem da isolao, por extruso, e deter-

minada pelas caractersticas eltricas, mecnicas e qumicas. Os materiais normalmente utili-

zados em cabos para usinas geradoras como cobertura so os termoplsticos, como o policlo-

reto de vinila (PVC) e o polietileno (PE), devido boa resistncia braso, impermeabilidade

e estabilidade trmica.[3]

2.3 MTODOS DE ISTALAO

Existem quatro modalidades de instalaes subterrneas para cabos de energia,

so elas: instalao em dutos subterrneos, instalao direta no solo, instalao em canaletas e

instalao em bandejas. A maneira de se instalar um cabo tem grande influncia no somente

no investimento inicial, mas tambm no custo operacional e na continuidade de servio do

sistema.

Em sistemas de distribuio urbanos e industriais de grande porte a instalao

em dutos normalmente a mais difundida. Isto se deve ao fato de, apesar do custo de implan-

tao ser bastante elevado, permite a ampliao dos sistemas com a instalao de novos cir-

cuitos e tambm a substituio de um lance defeituoso em um tempo mnimo.

Instalaes de cabos em canaletas ou sobre bandejas so restritas respectiva-

mente as instalaes em usinas e subestaes com trechos de pequenos comprimentos ou no

interior de instalaes industriais.

Na figura 2.2 apresenta instalao eltrica subterrnea com cabos dentro de

dutos flexveis.

Captulo 02

12

Figura 2.2 Instalao subterrnea em dutos.

A instalao de condutores direto no solo vem sendo cada vez mais difundida,

devido principalmente ao atrativo econmico. Esta, que no passado era restrita a cabos de

iluminao pblica, instalados em parques e jardins, hoje em dia se estende tambm aos mo-

dernos sistemas de distribuio. A principal desvantagem desta maneira no que diz respeito

ao tempo necessrio s substituies de cabos defeituosos e limitao do nmero de circui-

tos na mesma vala. Atualmente, sua aplicao bastante difundida no caso de cabos para

transmisso subterrnea, em sistemas radiais urbanos e sistemas de distribuio interna de

parques elicos de gerao de energia.

A tendncia da especificao de cabos de baixa tenso multipolares armados

e de cabos de mdia tenso unipolares no armados, sendo que neste caso a responsabilidade

da proteo contra danos mecnicos, provenientes de escavaes, fica por conta de lajotas de

concreto dispostas ao longo da rota dos cabos ou simplesmente por fitas de polietileno com

inscries de alerta.

O mtodo de lanamento direto dos cabos na vala normalmente preferido em

relao ao puxamento sobre os roletes. Esse, dispensa o uso de acessrios especiais e no

submete o cabo a esforos de trao durante a instalao, no entanto, em centros urbanos a

dificuldade quase sempre consiste na obteno de espao fsico para o deslocamento do carre-

tel ao longo da rota do sistema. A limitao do lance a ser instalado se deve principalmente

existncia de obstculos ao longo da rota, ou seja: tubulaes de gua, gs, leo, etc. e ao lan-

ce mximo de fabricao do cabo. Em parques elicos no possuem estes obstculos facili-

tando a aplicao deste mtodo, apenas limitando-se ao comprimento mximo de confeco

dos condutores. A execuo pode ser simultnea com a abertura da vala, ou seja, a bobina de

cabo acoplada a uma escavadeira especfica que, ao mesmo tempo abre a vala e lana o

condutor [3].

Segundo [10], os circuitos de distribuio de mdia tenso em parques elicos,

quando singelos e instalados em triflio, devem sofrer uma amarrao em espaos regulares a

fim de garantir esta configurao. Devem ainda, ser protegidos contra as deterioraes causa-

das por movimentao de terra, contatos com corpos duros, choques de ferramentas em caso

de escavaes, bem como contra umidade e aes qumicas causadas pelos elementos do solo.

As caractersticas da carga e a resistividade trmica real do solo influenciam sobre a capaci-

dade de conduo de corrente destes cabos de mdia tenso.

Captulo 02

13

A figura 2.3 apresenta cabos de mdia tenso sendo instalados diretamente no

solo de rede de distribuio de usinas elicas.

Figura 2.3 Instalao de uma RDS de usina elica.

Como preveno contra os efeitos de movimentao de terra, os cabos devem

ser instalados, em terreno normal, pelo menos a 0,90 m da superfcie do solo. Essas profundi-

dades podem ser reduzidas em terreno rochoso ou quando os cabos estiverem protegidos, por

exemplo, por eletrodutos que suportem sem danos as influncias externas as que possam ser

submetidos.

Segundo [3], o lance mximo de fabricao dos condutores de mdia tenso

implica na instalao de acessrios, como emendas e terminais. Estes, muitas vezes, so con-

siderados os pontos mais frgeis do sistema. Isto se deve ao fato de as estatsticas de falhas

em sistemas de cabos eltricos apontarem um maior nmero de defeitos em acessrios.

Captulo 02

14

As falhas de especificao e principalmente as de montagem so as principais

causas de defeitos em acessrios. A importncia do entendimento da tecnologia envolvida,

bem como a perfeita compreenso dos mtodos de montagem contribuem para a correta espe-

cificao, resultando em uma probabilidade de sucesso na rede.

Os terminais e emendas devem levar em considerao o campo eltrico e con-

dies do ambiente. Uma perfeita coordenao entre o ndice de confiabilidade do sistema,

dos cabos e dos terminais primordial a fim de se evitar pontos fracos no sistema. E estes,

quase sempre, implicando em perdas monetrias tanto no decorrer da operao quanto durante

a implantao do sistema de energia eltrica.

A interrupo do circuito da blindagem quando se instala um acessrio ocasio-

na uma distoro no campo eltrico, deixando de ser radial e uniforme. No entanto, pode-se

utilizar mtodos de alvio capacitivo, alvio dieltrico e alvio resistivo no-linear para tornar

uniforme o campo eltrico, atravs de cone de alvio de tenses, recobrimento de uma parte

do isolamento do cabo com material de alta constante dieltrica e aplicao de um pequeno

comprimento de material resistivo sobre a superfcie do isolamento do cabo, respectivamente,

a partir do trmino da blindagem.

A confeco de uma emenda e o procedimento sistemtico de reconstituir um

trecho do cabo no campo dando continuidade eltrica e dieltrica com um grau de confiabili-

dade relativamente alto. Os dieltricos dos acessrios devem ser altamente compatveis qu-

mica e termicamente com os dos cabos, e as superfcies de contato de ambos os dieltricos

devem ser tais que no permitam descargas parciais durante a operao do sistema.

Os materiais da blindagem devem ter condutncia suficiente para eliminar ele-

trostaticamente a tenso induzida e transportar correntes capacitivas e de fuga. As correntes

induzidas eletromagneticamente e de sequncia zero provenientes de defeitos, normalmente

so transportadas pela reconstituio da blindagem metlica dos cabos.

A cobertura deve ser provida de selagem fsica contra a penetrao de umidade

para resistir ao ataque de contaminantes presentes no universo da instalao. Com isso, im-

prescindvel que seja seguido com rigor o projeto e instrues de montagem, e observada a

limpeza dos cabos e materiais envolvidos.

Captulo 3

16

3 REDE DE DISTRIBUIO SUBTERREA EM OPERAO

3.1. FALHAS OS CIRCUITOS DE RDS

Os cabos isolados utilizados em sistemas de distribuio subterrnea, quando

em operao, esto sujeitos aos seguintes estresses: campo eltrico aplicado, gradientes de

temperatura no cabo, variaes de temperatura ambiente e umidade. A atuao combinada

destes estresses pode levar a degradao da isolao do cabo, apesar da excelente estabilidade

trmica e elevada rigidez dieltrica.

Um dos principais fenmenos de degradao que atua nos cabos isolados so

as arborescncias, conhecido tambm pela expresso treeing. Este fenmeno tem como cau-

sa principal a influncia de campo eltrico e umidade, ocasionando ruptura eltrica parcial do

sistema dieltrico. O processo de deteriorao da rigidez dieltrica apresenta caminhos que se

assemelham as rvores. Aps o incio do fenmeno, muitas vezes, este processo pode durar

anos at que se rompa o dieltrico, perdendo assim sua capacidade de isolao [14].

Segundo [13], as arborescncias podem ser classificadas em trs categorias:

eltrica, water trees e a eletroqumica.

A arborescncia eltrica, denominada de electrical tree, desenvolve-se nor-

malmente em falhas do sistema dieltrico sob campo eltrico intenso e so acompanhados

pelo processo de ionizao e descargas parciais. A electrical tree propaga-se por canais va-

zios dentro do dieltrico, devido decomposio do material.

Na figura 3.1 apresenta uma degradao realizada por arborescncia eltrica

em cabo com isolao XLPE, antes da ruptura da rigidez dieltrica.

Figura 3.1 Arborescncia eltrica.

Captulo 3

17

A arborescncia em gua, tambm chamada de water tree, ocorre a partir da

influncia de uma gradiente eltrico combinado com a penetrao de umidade em caminhos

estreitos. A water tree pode ser visvel e a deteriorao apresenta-se de forma difusa e tem-

porria, parecendo com rvores.

Segundo [13], quando a energia que alimenta a evoluo de uma water tree

retirada ou a fonte de umidade eliminada, a maioria da gua injetada difunde-se e evapora, e

a arborescncia desaparece. Esse desaparecimento indica que os caminhos da arborescncia

so fechados com a retirada da umidade, pois, caso contrrio, ficariam ainda mais visveis

quando a gua fosse substituda por ar.

Na figura 3.2 apresenta os pontos de falhas de water tree na isolao de ca-

bos de mdia tenso.

Figura 3.2 Estrutura do water tree.

A water tree pode ser subdivida em duas categorias: Bow-tie tree e Ven-

ted tree. Este ltimo, formado por canais longos e estreitos, a degradao iniciada pela su-

perfcie da isolao, atravs de uma imperfeio ou concentrao de gradiente eltrico, po-

dendo causar a ruptura do dieltrico sem decompor sua estrutura externa enquanto progride. O

bow-tie tree em forma de gravata de borboleta, inicia-se no interior do volume da isolao,

devido presena de impurezas e vazios, propagando-se lateralmente e em direes opostas,

ao longo das linhas do campo eltrico.

Captulo 3

18

Na figura 3.3 apresenta a degradao da isolao por bow-tie tree.

Figura 3.3 Falha na isolao por bow-tie tree.

Na figura 3.4 apresenta a degradao da isolao por vented tree.

Figura 3.4 Evoluo do fenmeno vented tree.

No caso, o bow-tie tree leva a uma degradao lenta e geralmente no leva o

cabo a falhar em servio, devido baixa concentrao de umidade no interior da isolao.

Porm, o vented tree realiza uma degradao de com maior intensidade, reduzindo a estabi-

lidade do dieltrico at a perfurao da isolao, com isso inicia a converso de um water

tree em um electrical tree.

Captulo 3

19

Na figura 3.5 apresenta a evoluo de um fenmeno vented tree at a conver-

so em eletrical tree. Com isso, houve descargas parciais, ocasionando o rompimento do

sistema dieltrico.

Figura 3.5 Descargas parciais em cabos de mdia tenso.

Por ltimo, a arborescncia eletroqumica causada pela contaminao qumi-

ca, devido migrao dos produtos da corroso do condutor, podendo ser tambm pela mi-

grao da umidade, contendo na gua ons solveis.

A penetrao de gua pelo condutor e pela blindagem ocasiona um envelheci-

mento acelerado, ocasionando uma degradao da rigidez dieltrica. Portanto, os equipamen-

tos utilizados para transporte de energia de mdia tenso que devam operar em contato com a

gua ou em ambientes midos, devem ser especificados uma construo bloqueada. No caso

de isolao de XLPE necessrio a adio de retardantes em arborescncia na base polimri-

ca, melhorando a estabilidade do sistema dieltrico quando em contato com gua. J cabos

com isolao em EPR so muito menos susceptveis ao fenmeno treeing[4].

Captulo 3

20

Segundo [13], ressalta que o fenmeno treeing no o maior causador de

falhas em cabos subterrneos. Cerca de 90% dos defeitos se do por causas mecnicas, sendo

que dentro dos 10% restantes muitos defeitos esto localizados nas emendas e terminaes e a

maioria deles tem causas no perfeitamente determinadas, entre os quais se inclui o treeing.

A figura 3.6 apresenta a realizao de uma emenda em cabo subterrneo, fal-

tando a reconstituio da blindagem da isolao e a cobertura.

Figura 3.6 Emenda em cabo de mdia tenso.

3.2. ESAIOS DOS DIELTRICOS ATES E APS A ISTALAO

As condies gerais para o ensaio de tenso no dieltrico para cabos de energia

so baseadas nas recomendaes das normas de fabricao e experincias de concessionrias

de energia eltrica adquirida ao longo do tempo.

No teste de um circuito subterrneo, aps a sua instalao e antes da sua entra-

da em servio, deve-se verificar sua confiabilidade no que se refere instalao propriamente

dita e montagem dos acessrios (emendas e terminais). Com isto, garante-se o seu desempe-

nho perante todo o sistema eltrico a ele associado. Este teste consiste em dois ensaios para

deteco de falhas. Primeiro, o ensaio de medio da resistncia de isolamento do condutor.

Segundo, o ensaio de tenso de corrente contnua (CC) aplicada entre o condutor e a blinda-

gem metlica.

Captulo 3

21

Por outro lado, a experincia nacional e internacional das concessionrias de

energia eltrica tem demonstrado que testes consecutivos e prolongados, durante o perodo de

vida ativa dos cabos, levam a um envelhecimento precoce do dieltrico.

Segundo [3], adota-se principalmente ensaio em corrente contnua, pois este

est condicionado aos seguintes fatores:

Os ensaios com tenso alternada (Vca) exigem equipamentos de grandes

dimenses e alto custo, devido a necessidade de grandes potncias.

Os ensaios com tenso alternada, em cabos longos, produzem altos valores

de corrente de carga.

Os ensaios com corrente contnua (CC) so menos destrutivos do que os de

corrente alternada.

Os ensaios com corrente contnua so previstos nas Normas dos Cabos de

Potncia.

Os cabos de mdia tenso devero inicialmente passar no teste de medio da

resistncia de isolamento, atravs da injeo de corrente contnua com megmetro de tenso

entre 500V e 5.000V, pelo perodo de 1 a 5 minutos. Os resultados obtidos, Rmed, neste teste

devero ser comparados com o nvel de isolao estabelecido pela norma especfica de cada

tipo de isolao. Aps a aprovao deste teste, deve-se iniciar o ensaio de tenso aplicada

[11].

O ensaio da resistncia de isolamento tem a finalidade de verificar a integrida-

de da isolao do cabo, utilizando o resultado como parmetro para indicar a suportabilidade

do tenso aplicada no ensaio posterior.

A tenso de isolamento do condutor fornecida pelo fabricante da seguinte

forma: valor eficaz da tenso entre condutor e a terra ou blindagem da isolao (Vo) e valor

eficaz da tenso entre condutores isolados (V).

O cabo ou o circuito, incluindo os acessrios, imediatamente antes da sua en-

trada em servio, devero ser submetidos tenso de ensaio em corrente contnua, especifica-

da na Tabela 3.1, continuamente, durante 15 minutos.

Captulo 3

22

Tabela 3.1 Ensaios aps a instalao.

Tenso de isolamento do condutor (Vo/V kV)

Tenso de ensaio (kV CC)

3,6/6 21 6/10 29 8,7/15 42 12/20 58 15/25 72 20/35 96

No entanto, caso o tempo total das aplicaes atingir 30 minutos, devido s

falhas no cabo ou acessrios, o tempo de aplicao dos eventuais ensaios subseqentes deve

ser reduzido a 5 minutos. Os ensaios em corrente contnua aplicados com isolao extrudada,

principalmente de instalaes antigas, podem causar o seu envelhecimento precoce. Nestes

casos, recomendado que os circuitos sejam testados atravs de sua energizao sem carga,

por um perodo de 24 horas.

No caso em que o condutor ou circuito subterrneo for retirado de servio para

reparos ou para expanso do sistema, muitas vezes se deseja testar a sua confiabilidade antes

de sua re-energizao. Este tipo de teste serve para detectar possveis defeitos incipientes cau-

sados durante a manuteno ou aumento da rede, ou mesmo constatar a manipulao impr-

pria tanto no lanamento como na montagem de acessrios, assegurando as condies de ser-

vios futuro.

Existem tambm, os testes chamados de ensaios de manuteno, que so efetu-

ados aps a entrada em servio dos condutores aplicados diretamente no solo em qualquer

poca de sua vida. Os ensaios de manuteno constituem, em algumas concessionrias de

energia eltrica, uma rotina peridica para assegurar de modo preventivo a confiabilidade de

suas linhas subterrneas de distribuio primria.

Um ensaio pode produzir ou precipitar um defeito que jamais ocorreria se o

dieltrico no fosse solicitado por tenses elevadas. Por outro lado, um ensaio preventivo eli-

mina, em momento conveniente, os defeitos incipientes que poderiam ocorrer durante a ope-

rao normal do sistema, provocando transtornos e perdas monetrias.

Os ensaios de alta tenso em cabos de energia, de maneira geral, so utilizados

a partir da tenso de isolamento de 3,6/6 kV, salvo condies especiais que os justifiquem.

No existe normas ou padres que estipulem valores para as tenses/tempo para ensaios du-

rante o perodo de vida ativa dos cabos. No entanto, existem filosofias de usurios de condu-

tores eltricos para tal procedimento. Um mtodo utilizado o de aplicar o equivalente de

Captulo 3

23

corrente contnua da tenso nominal, ou seja, 2,4 vezes a tenso nominal temperatura de

25C, de acordo com a Tabela 3.2, durante 5 minutos consecutivos.

Tabela 3.2 Ensaios de manuteno.

Tenso de isolamento do condutor (Vo/V kV)

Tenso de ensaio CC (kV)

3,6/6 8,5 6/10 14,5 8,7/15 21 12/20 29 15/25 36 20/35 48

Captulo 4

24

4 APLICAO DOS ESAIOS EM RDS

4.1. METODOLOGIA DOS ESAIOS

Segundo [5], os ensaios de resistncia de isolao so realizados utilizando o

megohmetro. Durante o procedimento deste teste, aplica-se entre o condutor e a isolao, uma

alta voltagem em corrente contnua que causar um pequeno fluxo de corrente. A quantidade

de corrente depende da quantidade de voltagem aplicada, podendo ser entre 500V e 5000V,

da capacitncia do sistema, da resistncia total e da temperatura do material.

A resistncia medida (Rmed) ser a soma da resistncia interna do condutor

mais a resistncia de isolao. Esta resistncia de isolao lida ser em funo das correntes

de fuga. A Rmed dever ser maior que a resistncia de referncia (Rf) estabelecida pelo fabri-

cante e pela norma do cabo de isolao especfica.

O ensaio em circuito instalado efetuado no comprimento total do lance,

temperatura ambiente. Para realizar a medio corretamente, dever ser conectado o terminal

de tenso do equipamento no condutor, o qual deve estar com a polaridade negativa, no inter-

valo de tempo maior que 1 minuto e inferior a 5 minutos, desde que se obtenha uma leitura

estvel.

Na Figura 4.1 apresentado a ligao de um meghmetro em um condutor de

mdia tenso para medio da resistncia de isolamento.

Figura 4.1 Ensaio de resistncia eltrica.

Captulo 4

25

A partir de [14], para temperatura ambiente de 20C, a resistncia de referncia (Rf)

calculada de acordo com a equao (4.1).

l

d

DKi

Rf

)log(=

(4.1)

Onde:

Rf Resistncia de isolamento ();

Ki Constante de isolamento (.km);

D Dimetro nominal sobre a isolao (mm);

d Dimetro nominal sob a isolao (mm);

l Comprimento do condutor (km)

No entanto, o resultado calculado da resistncia de isolamento (Rf), em tempe-

ratura do meio diferente de 20C, deve ser reajustado utilizando fatores de correo para a

temperatura na qual o teste ser realizado de acordo com a norma da isolao de cada cabo.

Nas figuras 4.2 e 4.3 so apresentados a aplicao do equipamento.

Figura 4.2 Megohmetro realizando a medio.

Figura 4.3 Locais de ligao no cabo

de mdia tenso.

No ensaio de tenso aplicada em cabos unipolares, deve realizar o teste entre o

condutor e a blindagem metlica aterrada, tendo antes interligado a esta qualquer eventual

revestimento metlico componente do cabo, conforme apresentado pela figura 4.4. Nos cabos

de trs condutores, a tenso de ensaio deve ser aplicada entre cada condutor individualmente e

Captulo 4

26

a sua blindagem. Deve ser notado que as trs fases devem ser ensaiadas e que os ensaios so

fase-terra [5].

Figura 4.4 Ensaio de tenso aplicada.

Durante o teste, a tenso dever ser aplicada continuamente, com aumento gra-

dativo e uniforme a uma taxa aproximadamente de 1 kV por segundo, de tal forma que a ten-

so mxima de ensaio seja atingida em no menos de 10 e no mais de 60 segundos. Quando

a tenso mxima de ensaio for atingida, deve-se tomar leitura da corrente de fuga a cada mi-

nuto at o trmino do ensaio, para que se possa avaliar os resultados.

Ao final do teste em corrente contnua, a tenso deve ser reduzida a zero, po-

rm, uma tenso residual permanece e, portanto, o cabo deve ser adequadamente aterrado

aps a realizao do ensaio por um perodo no mnimo igual a duas vezes o tempo de durao

do teste e depois conectado ao sistema para ser colocado em operao [3].

Nas figuras 4.5 e 4.6 so apresentados as ligaes do equipamento e o painel de

comando do HIPOT.

Figura 4.5 Ligaes do HIPOT.

Figura 4.6 Painel de comando do

HIPOT.

Captulo 4

27

No entanto, quando houver a reprovao em algum dos dois testes, faz-se ne-

cessrio a deteco exata do lugar da falha para a realizao de reparos ou substituio do

circuito em caso extremo. Para isto, utilizado um gerador de impulso que conectado em

uma das extremidades do condutor que emite uma onda eletromagntica, ou seja, uma descar-

ga capacitiva, a fim de provocar um arco no lugar da falha que possa ser ouvido por um detec-

tor acstico, conforme apresentado pela figura 4.7.

Figura 4.7 Gerador de impulso com detector acstico para localizao de falhas.

O princpio deste mtodo consiste no gerador de ondas descarregar bruscamen-

te seu grupo de capacitores no cabo com defeito. Essa onda de choque viaja pelo cabo at o

defeito. Toda a energia da onda de choque descarregada no defeito sob forma de um arco

eltrico. O som produzido pelo arco captado por um microfone de solo (Geofone). Este som

amplificado antes de ser enviado aos fones de ouvido. Com isso, quanto mais perto estiver o

Geofone do defeito, mais forte ser o som.

Deve-se levar em considerao que quanto mais fundo estiver enterrado o ca-

bo, mais fraco o som na superfcie. No caso de o defeito se encontrar no interior de uma

emenda que no estourou, estiver submerso, ou principalmente, sob lama densa, ocorre uma

blindagem acstica que torna difcil a escuta.

Este mtodo utilizado em parques elicos com instalao de circuitos direto

no solo. No entanto, no recomendado aplicao deste procedimento em instalaes que

utilizam dutos, devido ao som do arco ser canalizado para as duas extremidades dos dutos.

Alm disso, no se deve enviar ondas de choque sobre defeitos a terra em cabos sem blinda-

gem pois, nesse caso, no se conhece o percurso de volta das correntes, com isso, pode-se

produzir um aumento de potencial nos acessrios ou em todas as partes metlicas [10].

Captulo 4

28

O roteiro de testes em circuitos subterrneos aplicados em usinas elicas pode

ser exemplificado atravs do fluxograma apresentado na figura 4.8.

Figura 4.8 Fluxograma para realizao dos testes.

4.2 APRESETAO DE RESULTADOS DE ESAIOS EM UM PARQUE MODELO

Um parque modelo, cujo nome JS Wind, ser utilizado em um estudo de caso

visando exemplificar na prtica os procedimentos realizados em campo. A rede interna de

distribuio subterrnea possui o nvel de tenso de 34,5kV. Esta RDS de 34,5kV tem a fun-

o de transportar a energia gerada pelos aerogeradores (AGs) at a subestao elevadora

(SE) 34,5/230kV.

A usina elica tem 24 aerogeradores com 2,1MW de potncia nominal indivi-

dual os quais so interligados em paralelos, atravs da RDS. O parque possui a rede eltrica

dividida em trs alimentadores primrio, cada um composto por oito aerogeradores.

As principais caractersticas da rede subterrnea de distribuio so descritas

na tabela 4.1.

Tabela 4.1 Descrio da RDS do JS Wind.

Captulo 4

29

Tipo construtivo subterrneo Tenso primria de distribuio 34,5kV Fator de Potncia 0,92 indutivo 0,99 capacitivo Nmero de aerogeradores(AGs) 24 Fator de Capacidade de Projeto (FC) 45,55% Nmero de alimentadores 3 Cabo condutor Alumnio com isolao em XLPE Potncia Instalada por 08 AGs 16,8MW (306A) Extenso Total dos Circuitos 9.805 metros Potncia Instalada 50,4MW

Os alimentadores so enterrados diretamente no solo em valas que acompa-

nham paralelamente as vias internas de acesso ao parque. Estas valas esto em alguns trechos

na borda da via e outros pontos na prpria via devidos aos problemas com eroso. A distncia

mnima entre os circuitos de 1,5 metros com exceo na chegada na subestao elevadora

SE 34,5/230 kV.

Cada aerogerador (AG) produz energia com nvel de tenso de 600V, tendo sua

tenso elevada para 34,5 kV atravs de subestaes unitrias de distribuio, com transforma-

dores elevadores de 0,6/34,5 kV cuja potncia nominal de 2,0 MVA. Os 24 aerogeradores

so agrupados em trs circuitos primrios radiais simples (alimentadores) na tenso de 34,5

kV, trs alimentadores compostos por 8 mquinas.

A rede de distribuio primria, composta por 03 alimentadores, subterrnea

com cabos diretamente enterrados no solo, tipo de isolao XLPE, fio de alumnio, bloqueado

contra propagao longitudinal de gua e de tenso de 20/35 kV. Como critrio de projeto

para a rede de distribuio primria interna foi estabelecido o uso de trs diferentes seces de

condutores de alumnio. Os cabos de 150mm de seco sero destinados a trechos com at 04

mquinas em srie, os cabos de 240mm de seco so destinados aos trechos de 05 07 m-

quinas em srie, cabos de 400mm de seco so utilizado em trechos de 07 08 mquinas em

srie. O trajeto dos circuitos da RDS obedece aproximadamente ao trajeto das estradas interna

do parque elico, exceto alguns pontos onde isso no foi possvel.

A figura 4.9 apresenta o cabo de mdia tenso de seco de 150mm, alumnio,

sem a blindagem da isolao e a cobertura, utilizado na RDS do parque elico.

Captulo 4

30

Figura 4.9 Cabo de mdia tenso sem a blindagem da isolao e a cobertura.

O sistema de aterramento do parque todo interconectado. Juntamente com o

cabo de fora foi lanado na vala o cabo de cobre nu de 70mm de seco, onde fora realizada

a conexo das malhas de aterramento da SE, dos aerogeradores e do transformador de pedes-

tal.

Os cabos de mdia tenso so conectados ao transformador pedestal atravs de

terminaes chamadas desconectveis. Ademais, devido a grandes extenses de alguns circui-

tos e da seco dos cabos utilizados, no foi possvel a fabricao de trechos de cabos nicos

para ligar a SE at as primeiras mquinas de cada circuito. Com isso foram feitas algumas

emendas para conexo dos mesmos, descritas atravs da tabela 4.2.

Tabela 4.2 Descrio da RDS do JS Wind

N do circuito Seco do Cabo Quantidade de Emenda

Local da Emenda Fase Atingida

Circuito 1 400mm 18 SE AG08 A B C 400mm 1 Em frente ao AG16 C 400mm 2 Entre AG18 e AG19 B e C

Circuito 2 400mm 9 SE AG16 A B C 400mm 2 Em frente ao AG17 A

Circuito 3 400mm 3 SE AG19 A B C 400mm 1 SE AG19 B

Captulo 4

31

A figura 4.10 apresenta a disposio de todos os circuitos do JS Wind atravs

de um diagrama unifilar com locao geral de todos aerogeradores no formato A3. Alm dis-

so, as figuras 4.11, 4.12 e 4.13 apresentam respectivamente os diagramas unifilar dos alimen-

tadores 01, 02 e 03.

A tabela 4.3 apresenta um resumo de todos os circuitos com a distncia de cada

ramal, incluindo as quedas de tenses e as perdas eltricas esperadas, de acordo com a seco

de cada cabo, levando em considerao o tipo de instalao. Os Apndices A, B e C apresen-

taram clculos respectivamente da ampacidade, de queda de tenso e das perdas eltricas.

Captulo 4

32

Captulo 4

33

Captulo 4

34

Captulo 4

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Captulo 4

36Tabela 4.3 Parque elico JS Wind

Trecho Cabo (Bitola)

Comprimento Gerao

Tenso F.P.

Queda de Tenso Perdas Eltricas

No trecho (km)

Acumulado (km)

Potncia (MW)

Corrente (A)

No Trecho (%)

Acumulado (%)

No Trecho(kV) Acumulado(kW)

Max Med Max Med

A

L

I M

1

AG01 AG02 150mm 0,190 0,185 2,10 38,20 34,50 0,92 0,0137 0,0137 0,2880 0,0698 0,2880 0,0698

AG02 AG03 150mm 0,192 0,686 4,20 76,40 34,50 0,92 0,0277 0,0414 1,1640 0,2821 1,452 0,3519

AG03 AG04 150mm 0,187 0,569 6,30 114,60 34,50 0,92 0,0417 0,0831 2,5507 0,6183 4,0027 0,9702

AG04 AG05 150mm 0,147 0,716 8,40 152,80 34,50 0,92 0,0424 0,1255 3,5646 0,8641 7,5673 1,8343

AG05 AG06 240mm 0,805 1,521 10,50 191,00 34,50 0,92 0,1929 0,3184 18,7480 4,545 26,3153 6,3793

AG06 AG07 240mm 0,190 0,184 2,10 38,20 34,50 0,92 0,0546 0,3730 6,3719 1,5445 32,6872 7,9238 AG07 AG08 240mm 0,186 0,368 4,20 76,40 34,50 0,92 0,0624 0,4354 8,4904 2,058 41,1776 9,9818 AG08 SE 400mm 2,895 4,837 16,80 305,60 34,50 0,92 0,7896 1,225 112,337 27,230 153,514 37,211

A

L I

M

2

AG09 AG10 150mm 0,188 0,188 2,10 38,20 34,50 0,92 0,0136 0,0136 0,2849 0,0691 0,2849 0,0691

AG10 AG11 150mm 0,498 0,686 4,20 76,40 34,50 0,92 0,0720 0,0856 3,0190 0,7318 3,3039 0,8009

AG11 AG12 150mm 0,185 0,871 6,30 114,60 34,50 0,92 0,0401 0,1257 2,5234 0,6117 5,8273 1,4126

AG12 AG13 150mm 0,188 1,059 8,40 152,80 34,50 0,92 0,0543 0,1800 4,5588 1,1051 10,3861 2,5177

AG13 AG14 240mm 0,185 1,244 10,50 191,00 34,50 0,92 0,0443 0,2243 4,3086 1,0444 14,6947 3,5621

AG14 AG15 240mm 0,190 1,434 12,60 229,20 34,50 0,92 0,0546 0,2789 6,3720 1,5446 21,0667 5,1067

AG15 AG16 240mm 0,186 1,620 14,70 267,40 34,50 0,92 0,0624 0,3413 8,4904 2,0581 29,5571 7,1648

AG16 SE 400mm 1,584 3,204 16,80 305,60 34,50 0,92 0,4321 0,7734 61,4657 14,899 91,0228 22,064

A L

I

M

3

AG17 AG18 150mm 0,185 0,185 2,10 38,20 34,50 0,92 0,0134 0,0134 0,2804 0,068 0,2804 0,0680

AG18 AG19 150mm 0,197 0,382 4,20 76,40 34,50 0,92 0,0285 0,0419 1,1943 0,289 1,4747 0,3575

AG19 AG20 150mm 0,185 0,567 6,30 114,60 34,50 0,92 0,0380 0,0799 2,5234 0,611 3,9981 0,9692

AG20 AG21 150mm 0,173 0,740 8,40 152,80 34,50 0,92 0,0500 0,1299 4,1951 1,0169 8,1932 1,9861

AG21 AG22 240mm 0,193 0,933 10,50 191,00 34,50 0,92 0,0462 0,1761 4,4949 1,0896 12,6881 3,0757

AG22 AG23 240mm 0,186 1,119 12,60 229,20 34,50 0,92 0,0534 0,2295 6,2379 1,5121 18,9260 4,5878

AG23 AG24 240mm 0,187 1,306 14,70 267,40 34,50 0,92 0,0627 0,2922 8,5361 2,0691 27,4621 6,6569

AG24 SE 400mm 0,503 1,809 16,80 305,60 34,50 0,92 0,1372 0,4294 19,5185 4,7313 46,9806 11,388

Quantidade de cabo por seco:

Cabo de 150mm - AL - XLPE = 7,545 km Cabo de 240mm - AL - XLPE = 6,924 km Cabo de 400mm - AL - XLPE = 14,946 km

Captulo 4

37

Os testes dos cabos de mdia tenso do Parque JS Wind, com tenso de isola-

mento de 20/35 kV, foram realizados de duas formas. Primeiro, o ensaio da resistncia hmi-

ca do isolamento dos condutores, atravs do equipamento meghmetro, com aplicao de 5

kV durante o intervalo de 5 minutos. Segundo, o ensaio de tenso aplicada, na qual foi utili-

zado do equipamento hipot, aparelho para ensaio de tenso aplicada, com aplicao de 96 kV

em corrente contnua.

O resultado calculado da resistncia de isolamento de referncia (Rf), tomar

como base a constante de isolamento (Ki) igual a 3.700 M e coeficiente de temperatura do

fabricante do cabo de 1,23. Tambm adotou-se concomitantemente a tabela de fator de corre-

o da resistncia de isolamento em funo da temperatura da norma para cabos de potncia

com isolao XLPE (NBR-7287).

Na tabela 4.4 so apresentados uma faixa de fatores para correo das resistn-

cias de isolamento em funo da temperatura extrado da norma NBR-7287.

Tabela 4.4 Fatores de correo de Rf.

Temperatura (C) Coeficiente/C

1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 20 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 21 1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 22 1,32 1,35 1,37 1,39 1,42 1,44 1,46 1,49 1,51 23 1,52 1,56 1,60 1,64 1,69 1,73 1,77 1,82 1,86 24 1,75 1,81 1,87 1,94 2,01 2,07 2,14 2,22 2,29 25 2,01 2,10 2,19 2,29 2,39 2,49 2,59 2,70 2,82 26 2,31 2,44 2,57 2,70 2,84 2,99 3,14 3,30 3,46 27 2,66 2,83 3,00 3,19 3,38 3,58 3,80 4,02 4,26 28 3,06 3,28 3,51 3,75 4,02 4,30 4,59 4,91 5,24 29 3,52 3,80 4,11 4,44 4,79 5,16 5,56 5,99 6,44 30 4,05 4,41 4,81 5,23 5,69 6,19 6,73 7,30 7,93 31 4,65 5,12 5,62 6,18 6,78 7,43 8,14 8,91 9,75 32 5,35 5,94 6,58 7,29 8,06 8,92 9,85 10,87 11,99 33 6,15 6,89 7,70 8,60 9,60 10,70 11,92 13,26 14,75 34 7,08 7,99 9,01 10,15 11,42 12,84 14,42 16,18 18,14 35 8,14 9,27 10,54 11,97 13,59 15,41 17,45 19,74 22,31 36 9,36 10,75 12,33 14,13 16,17 18,49 21,11 24,09 27,45 37 10,76 12,47 14,43 16,67 19,24 22,19 25,55 29,38 33,76 38 12,38 14,46 16,88 19,67 22,90 26,62 30,91 35,85 41,52 39 14,23 16,78 19,75 23,21 27,25 31,95 37,40 43,74 51,07 40 16,37 19,46 23,11 27,39 32,43 38,34 45,26 53,36 62,82

Captulo 4

38

Os resultados dos testes sero expostos em trs tabelas de acordo com a tempe-

ratura ambiente e a umidade relativa do ar, no horrio da realizao do ensaio para cada cir-

cuito. Na tabela 4.5, esto dispostos os resultados do Alimentador 1. Na tabela 4.6, esto dis-

postos os resultados do Alimentador 2. Na tabela 4.7, esto dispostos os resultados do alimen-

tador 3.

Tabela 4.5 Resultado dos Testes do Alimentador 1.

Circuito Fase

Ensaio de Tenso Aplicada (mA)

Ensaio de Resistncia Isolamento (Rmed) ()

Temperatura Ambiente

(C)

Umidade Relativa do Ar (%)

Resistncia de Isolamento

Mnima (Rf) ()

AG01AG02 A 0,00 705.000M

30,5 60,5 70.953M B 0,00 939.000M C 0,00 971.000M

AG02AG03 A 0,00 512.000M

32,6 61,7 106.222M B 0,00 663.000M C 0,00 827.000M

AG03AG04 A 0,00 1.020.000M

28,6 71,0 47.617M B 0,00 1.350.000M C 0,00 1.100.000M

AG04AG05 A 0,00 725.000M

28,4 68,5 60.575M B 0,00 853.000M C 0,00 962.000M

AG05AG06 A 0,00 100.000M

33,3

65,0

26.085M B 0,00 120.400M C 0,00 80.140M

AG06AG07 A 0,00 1.290.000M

28,2 67,8 39.236M B 0,00 1.440.000M C 0,00 723.000M

AG07AG08 A 0,00 2.180.000M

27,3 70,0 32.611M B 0,00 1.390.000M C 0,00 781.000M

AG08SE A 0,00 10.000M

32,0 65,0 3.984M B 0,00 12.400M C 0,00 8.140M

Captulo 4

39


Circuito Fase




(C)


Resistncia de Isolamento Mnima (Rf) ()

AG09AG10 A 0,00 872.000M

34,0 65,0 133.414M B 0,00 1.970.000M C 0,00 1.330.000M

AG10AG11 A 0,00 877.000M

30,6 67,8 27.070M B 0,00 1.410.000M C 0,00 572.000M

AG11AG12 A 0,00 614.000M

32,9 61,2 110.241M B 0,00 921.000M C 0,00 740.000M

AG12AG13 A 0,00 916.000M

32,9 62,6 108.482M B 0,00 909.000M C 0,00 700.000M

AG13AG14 A 0,00 588.000M

28,2 68,3 40.296M B 0,00 545.000M C 0,00 1.230.000M

AG14AG15 A 0,00 1.130.000M

35,0 52,3 110.518M B 0,00 1.190.000M C 0,00 935.000M

AG15AG16 A 0,00 1.790.000M

31,7 63,3 74.620M B 0,00 1.800.000M C 0,00 1.200.000M

AG16SE A 0,00 8.620M

32,0 65,0 7.281M B 0,00 12.400M C 0,00 10.900M

Captulo 4

40


Circuito Fase




(C)


Resistncia de Isolamento Mnima (Rf) ()

AG17AG18 A 0,00 519.000M

27,9 71,0 39.163M B 0,00 1.580.000M C 0,00 147.000M

AG18AG19 A 0,00 1.190.000M

28,5 69,0 45.200M B 0,00 617.000M C 0,00 1.170.000M

AG19AG20 A 0,00 743.000M

32,5 61,0 110.241M B 0,00 549.000M C 0,00 870.000M

AG20AG21 A 0,00 725.000M

32,0 61,0 81.612M B 0,00 853.000M C 0,00 962.000M

AG21AG22 A 0,00 545.000M

32,0 61,0 73.155M B 0,00 588.000M C 0,00 712.000M

AG22AG23 A 0,00 552.200M

32,0 61,0 75.908M B 0,00 563.100M C 0,00 706.900M

AG23AG24 A 0,00 512.500M

31,7 63,3 75.502M B 0,00 536.700M C 0,00 619.400M

AG24SE A 0,00 24.100M

32,0 65,0 22.931M B 0,00 23.500M C 0,00 32.800M

Os resultados da medio da resistncia de isolao (Rmed) superior ao resul-

tado calculado de referncia (Rf) habilita o circuito ao teste de tenso aplicada, indicando que

o cabo de energia poder suportar gradiente de potencial desejado.

Aps a aprovao do ensaio com o megohmetro, atravs do hipot, foi aplicada

uma tenso em corrente contnua conforme a tabela 3.1, observando-se nenhuma sobrecorren-

te nos circuito ensaiados, ou seja, no foi detectada ruptura da isolao durante o teste, certifi-

cando confiabilidade aos circuitos para entrar em operao.

Concluso

41

5 Concluso Neste trabalho apresentado o embasamento terico e um estudo de caso de

comissionamento de rede subterrnea em sistema de distribuio de um parque elico. Como

exemplo de aplicao de ensaios da rede de distribuio, apresentado um estudo de caso de

implantao em um parque modelo, JS WIND, que foi instalado no estado do Cear.

Os ensaios de cabos de mdia tenso subterrneos so responsveis por

determinar a confiabilidade do sistema de distribuio de energia de forma a atender critrios,

tais como nvel de isolao, continuidade e segurana, deixando-os de acordo com padres

normatizados e visando perdas monetrias das usinas geradoras atravs de lucros cessantes.

Quando um sistema de distribuio subterrnea construdo sem atender os

pr-requisitos devidos, ele pode vir a entrar em operao de forma inadequada. Isso acarreta

riscos para as pessoas que trabalham no sistema eltrico e causa restries operao. Ao ser

necessrio uma interveno na rede subterrnea, cada circuito a ser alterado deve passar por

um novo comissionamento a fim de garantir a confiabilidade do sistema. Caso essa exigncia

no seja atendida, fica o sistema exposto a possveis falhas, causando perda de produtividade

para as usinas elicas que tem sua atividade produtiva paralisada.

O comissionamento do sistema distribuio subterrnea apresentado beneficia

diretamente os parques elicos que geram energia eltrica, os profissionais das reas de

operao e manuteno do sistema, permitindo um menor tempo para a restaurao dos

servios, alm de reduzir o custo operacional, contribui para a melhoria dos ndices de

qualidade do servio e confiabilidade do sistema.

Como proposta de trabalho futuro, pode-se sugerir estudos de ensaios de RDS

atravs de corrente alternada de VLF (Very low frequence), com baixa frequncia, devido a

menor degradao do cabo ensaiado. Alm disso, anlise financeira ao se evitar os lucros

cessantes em parques elicos.

Alm dos benefcios supracitados, este trabalho proporcionou a oportunidade

de aprofundar os conhecimentos adquiridos nas disciplinas do curso de Engenharia Eltrica,

contribuindo para a consolidao dos meus conhecimentos, atravs de uma necessidade da

Empresa.

Referncias Bibliogrficas

42

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Disponvel na URL: http://www.prysmianclub.com.br/revista/PClub_12, acessada dia

30/04/2010.

[2] Silva, G. C. Descargas parciais estimuladas por raios-x contnuo e pulsado em materiais

dieltricos: similaridades e diferenas, Universidade Federal do Paran, 2005, 165p.

[3] M. D. Texeira, Cabos de Energia: cabos eltricos, Artliber, 2. Ed., So Paulo, BRA, 2004.

[4] G. C. Silva, E. L. Leguenza, J. V. Gulmine, M. Munaro, J. Tomioka, e M.L. Moraes,

Uma estimativa do perfil de degradao da isolao em XLPE de cabos de potncia

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[5] Fluke, Teste de resistncia de isolao, Vortex Equipamentos Ltda.

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[8] A. J. Pansini, Electrical distribution enginneering, 2. Ed., Oklahoma, USA, 1991.

[9] Queiroz, L. G. Anlise regulatria de alternativas para distribuio de energia eltrica na

rede primria em reas urbanas, Universidade Salvador, 2003, 167p.

[10] F. O. Texeira, Localizao de falhas em cabos de potncia, apresentado no Encontro da

Light, Rio de Janeiro, BRA.

[11] Disponvel na URL: http://www.reativa.com/index.php?id_pagina=187, acessada dia

15/05/2010.

[12] A. P. Corra, J. P. Borges, L. R. Nogueira, Rede de distribuio subterrnea de energia

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43

[13] J. J. A. de Paula, Cabo de mdia tenso processos de isolao, apresentado no X

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[14] G. T. Laskoski, Conceitos fundamentais sobre condutores eltricos, Centro Federal de

Educao Tecnolgico do Paran, 2006, 30p.

[15] B. N. Bressan, Desenvolvimento de Sistema e Metodologia Para Avaliar a Influncia da

Temperatura em Medidas de Tenso de Retorno em Cabos Isolados em XLPE, Universidade

Federal do Paran, 2006, 62p.

[16] G. Velasco, Arborizao viria versus sistema de distribuio de energia eltrica:

avaliao dos custos, estudo das podas e levantamento de problema fitotcnicos,

Universidade de So Paulo, 2003, 117p.

[17] Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT NBR 5410 - Instalaes eltricas de

baixa tenso.

[18] Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT NBR 6813 Ensaio de resistncia de

isolamento.

[19] Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT NBR 7286 Cabos de potncia com

isolao extrudada de borracha etilenopropileno (EPR) para tenses de 1 kV a 35 kV -

Requisitos de desempenho.


isolao extrudada polietileno reticulado (XLPE) para tenses de 1 kV a 35 kV - Requisitos

de desempenho.

[21] Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT NBR 14039 Instalaes eltricas de

mdia tenso de 1,0 kV a 36,2 kV.


isolao extrudada para tenses de 1 kV a 35 kV Requisitos Construtivos.

Apndice A

44

APDICE A

DIMESIOAMETO DOS CODUTORES DE CADA CIRCUITO

A.1 DEFIIO DOS CABOS PELA AMPACIDADE

A.1.1. Premissas:

Cabos enterrados diretamente no solo;

Configurao dos alimentadores: triflio;

Nmero de circuitos por vala: 1 alimentador;

Dimenses da vala:

a) Profundidade: 1,0 metro

b) Largura mxima: 0,5 metro

Afastamento entre circuitos: mnimo de 1,5m excetuando na chegada da SE;

Nmero de aerogeradores por alimentador primrio de distribuio: 08;

Temperatura do solo a 1,0 metro de profundidade: aproximadamente 30C;

Fator de correo de temperatura de 20C para 30C (FT): 0,93

Fator de correo por agrupamento (FA): 1 (para cabos dispostos em triflio, com um

alimentador por vala - NBR14039);

Resistividade trmica do solo: 1,5 K.m/W

Corrente nominal(In) por aerogerador em 34,5 kV: 38,2A

Corrente maxima (Imax) por alimentador: 305,6A

Fator de utilizao considerado dos condutores (FU): 0,85

Tipo de condutor considerado fio de alumnio, blindagem do condutor composto por

termofixo semicondutor, isolao em XLPE, blindagem da isolao composto por termofixo

semicondutor e cobertura em termoplstico de polietileno.

Apndice A

45

A.1.2 Determinao da seo mnima do condutor para gerao mxima por trechos,

segundo critrios da ampacidade e as premissas adotadas.

Trecho com at 4 (quatro) mquinas:

Considerando:

FU = 0,85

FT = 0,93

FA = 1

It x 4 = 152,8 A

Teremos :

FAFTFU

ItIncondutor

=

4

193,085,0

8,152

=Incondutor

AIncondutor 29,193=

Seo do condutor utilizado : 150 mm - Al (segundo tabela 29 da NBR 14039 e

aplicando o fator de correo da tabela 33 da mesma norma, corrigindo assim a resistividade

trmica do solo de 2,5K.m/W para 1,5K.m/W conforme projeto, o valor de ampacidade

suportada de 267,84).

Trecho com at 07 (sete) mquinas:

Considerando:

FU = 0,85

FT = 0,93

FA = 1

It x 7 = 267,4 A

Teremos :

FAFTFU

ItIncondutor

=

7

193,085,0

4,267

=Incondutor

AIncondutor 27,338=

Apndice A

46

Seo do condutor utilizado: 240 mm - Al (segundo tabela 29 da NBR

14039 e aplicando o fator de correo da tabela 33 da mesma norma, corrigindo assim a

resistividade trmica do solo de 2,5K.m/W para 1,5K.m/W conforme projeto, o valor de

ampacidade suportada de 349,68).

Trecho com 08 (oito) mquinas:

Considerando:

FU = 0,85

FT = 0,93

FA = 1

It x 8 = 305,6 A

Teremos :

FAFTFU

ItIncondutor

=

8

193,085,0

6,305

=Incondutor

AIncondutor 59,386=

Seo do condutor utilizado : 400 mm - Al (segundo tabela 29 da NBR 14039

e aplicando o fator de correo da tabela 33 da mesma norma, corrigindo assim a resistividade

trmica do solo de 2,5K.m/W para 1,5K.m/W conforme projeto, o valor de ampacidade

suportada de 450,12).

Apndice B

47

APDICE B

CLCULO DA QUEDA DE TESO OS ALIMETADORES PRIMRIOS SUBTERREOS

B.1 Parmetros dos cabos utilizados

Premissas

Cabos enterrados diretamente no solo.

Configurao dos alimentadores: triflio

Temperatura do solo a 1,0 metro de profundidade: 30C

Temperatura em servio em regime contnuo: 90C

Fator de potncia: 0,92 ind.

Cabo 150mm - Al

x = 0,150 ohms/Km

R20c = 0,270 ohms/Km

Corrigindo o valor da resistncia para temperatura de 90C:

)22820

22890C(270,0C90)

228

228C(20C90

+

+=

+

+= R

Tr

TcRR

3462,0C90 =R ohms/Km

Cabo 240mm - Al

x = 0,139 ohms/Km



)22820

22890(166,0C90)

228

228C(20C90

+

+=

+

+= R

Tr

TcRR


Apndice B

48

Cabo 400mm - Al

x = 0,129 ohms/Km



)22820

22890(108,0C90)

228

228C(20C90

+

+=

+

+= R

Tr

TcRR


B.1.2 Calculo da constante C para os diversos cabos utilizados.

Cabo 150mm - AL

C = rcosy + xseny

C = 0,3462 x 0,92 + 0,150 x 0,3919

C = 0,3772 ohms/Km

Cabo 240mm - AL

C = rcosy + xseny

C = 0,2128 x 0,92 + 0,139 x 0,3919

C = 0,2502 ohms/Km

Cabo 400mm - AL

C = rcosy + xseny

C = 0,1385 x 0,92 + 0,129 x 0,3919

C = 0,1780 ohms/Km

Apndice B

49

B.2 QUEDA DE TESO O ALIMETADOR 01

TRECHO AG 01 / AG 02

Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,190 km

S = 2280 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0190,02280%

=V

%0137,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,192 km

S = 4560 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0192,04560%

=V

%0277,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,187 km

S = 6840 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0187,06840%

=V

%0417,0% =V

Apndice B

50


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,147 km

S = 9120 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0147,09120%

=V

%0424,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,805 km

S = 11400 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0805,011400%

=V

%1929,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,190 km

S = 13680 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0190,013680%

=V

%0546,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,186 km

S = 15960 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0186,015960%

=V

%0624,0% =V

Apndice B

51

TRECHO AG 08 / SE

Dados:

V= 34,5 kV

L = 2,895 km

S = 18240 kVA

Cabo = 400 mm - Al

C= 0,1780 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

1780,0895,218240%

=V

%7896,0% =V

QUEDA DE TESO TOTAL O ALIMETADOR 01

7896,00624,00546,01929,00424,00417,00277,00137,0% +++++++= totalV

225,1% = totalV



Dados:

V = 34,5kV

L = 0,188 km

S = 2280 kVA

Cabo = 150mm - AL

C = 0,3772 ohms/Km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0188,02280%

=V

%0136,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,498 km

S = 4560 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0498,04560%

=V

%0720,0% =V

Apndice B

52


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,185 km

S = 6840 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0185,06840%

=V

%0401,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,188 km

S = 9120 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0188,09120%

=V

%0543,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,185 km

S = 11400 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0185,011400%

=V

%0443,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,190 km

S = 13680 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0190,013680%

=V

%0546,0% =V

Apndice B

53


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,186 km

S = 15960 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0186,015960%

=V

%0624,0% =V

TRECHO AG 16 / SE

Dados:

V= 34,5 kV

L = 1,584 km

S = 18240 kVA

Cabo = 400 mm - Al

C= 0,1780 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

1780,0584,118240%

=V

%4321,0% =V


4321,00624,00546,00443,00543,00401,00720,00136,0% +++++++= totalV

7734,0% = totalV



Dados:

V = 34,5kV

L = 0,185 km

S = 2280 kVA

Cabo = 150mm - AL

C = 0,3772 ohms/Km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0185,02280%

=V

%0134,0% =V

Apndice B

54


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,197 km

S = 4560 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0197,04560%

=V

%0285,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,185 km

S = 6840 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0185,06840%

=V

%0380,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,173 km

S = 9120 kVA

Cabo = 150 mm - Al

C= 0,3772 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

3772,0173,09120%

=V

%0500,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,193 km

S = 11400 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0193,011400%

=V

%0462,0% =V

Apndice B

55


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,186 km

S = 13680 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0186,013680%

=V

%0534,0% =V


Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,187 km

S = 15960 kVA

Cabo = 240 mm - Al

C= 0,2502 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

2502,0187,015960%

=V

%0627,0% =V

TRECHO AG 24 / SE

Dados:

V= 34,5 kV

L = 0,503 km

S = 18240 kVA

Cabo = 400 mm - Al

C= 0,1780 ohms/km

10

'%

V

CLSV

=

5,3410

1780,0503,018240%

=V

%1372,0% =V


1372,00627,00534,00462,00500,00380,00285,00134,0% +++++++= totalV

4168,0% = totalV

Apndice C

56

APDICE C

CLCULO DAS PERDAS ELTRICAS (R.I) OS ALIMETADORES PRIMRIOS SUBTERREOS

C.1 Premissas

Cabo 150 mm - Al XLPE 20/35 kV

Temperatura do solo considerada a 1,0 metro de profundidade:

32C Temperatura total do condutor considerada: 90C

R90C = 0,3462 ohms/Km




R90C = 0,2128 ohms/Km




R90C = 0,1385 ohms/Km

FATOR DE PERDAS

Fp = K Fc + (1- K) Fc

Fp = 0,15x0,453 + (1- 0,15)x0,453

Fp = 0,0680 + 0,1744

Fp = 0,2424

Onde:

Fp: Fator de Perdas;

Fc: Fator de Capacidade ( tambm chamado de Fator de Carga) = 45,3%;

K : Constante estatstica (consideramos 0,15 para valores anuais, caso queira valores

mensais, considerar K = 0,30).

Apndice C

57

C.2 PERDAS ELTRICAS DO ALIMETADOR 01 (AL 01)

Trecho AG 01 / AG 02

Dados:

L = 0,190 Km

Cabo = 150 mm - Al

R90C = 0,3462 ohms/Km

Imax = 38,2 A

Pmax = 3 x RImax

Pmax = 3((0,3462 x 0,190) x 38,2)

Pmax = 0,2880 kW

Pmed = Pmax x Fp

Pmed = 0,2880 x 0,2424

Pmed = 0,0698 kW

Trecho AEG 02 / AEG 03

Dados:

L = 0,192 Km

Cabo = 150 mm - Al

R90C = 0,3462 ohms/Km

Imax = 76,4 A

Pmax = 3 x RImax

Pmax = 3((0,3462 x 0,192) x 76,4)

Pmax = 1,1640 kW

Pmed = Pmax x Fp

Pmed = 1,1640 x 0,2424

Pmed = 0,2821 kW


Dados:

L = 0,187 Km

Cabo = 150 mm - Al

R90C = 0,3462 ohms/Km

Imax = 114,6 A

Pmax = 3 x RImax

Pmax = 3((0,3462 x 0,187) x 114,6)

Pmax = 2,5507 kW

Pmed = Pmax x Fp

Pmed = 2,5507 x 0,2424

Pmed = 0,6183 kW

Apndice C

58


Dados:

L = 0,147 Km

Cabo = 150 mm - Al

R90C = 0,3462 ohms/Km

Imax = 152,8 A

Pmax = 3 x RImax

Pmax = 3((0,3462 x 0,147) x 152,8)

Pmax = 3,5646 kW

Pmed = Pmax x Fp

Pmed = 3,5646 x 0,2424

Pmed = 0,8641 kW


Dados:

L = 0,805 Km

Cabo = 240 mm - Al

R90C = 0,2128 ohms/Km

Imax = 191 A

Pmax = 3 x RImax

Pmax = 3((0,2128 x 0,805) x 191)

Pmax = 18,7480 kW

Pmed = Pmax x Fp

Pmed = 18,7480 x 0,2424

Pmed = 4,5445 kW


Dados:

L = 0,190 Km

Cabo = 240 mm - Al

R90C = 0,2128 ohms/Km

Imax = 229,2 A

Pmax = 3 x RImax

Pmax = 3((0,2128 x 0,190) x 229,2)

Pmax = 6,3719 kW

Pmed = Pmax x Fp

Pmed = 6,3719 x 0,2424

Pmed = 1,5445 kW

Teste isolação cabos MT

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