Influência da configuração das Linhas de Transmissão sobre ... · Trata-se de um dos aspectos inerentes às LTs que preocupa bastante a ... valores de Campo Elétrico ... 145kV

Grupo de Trabalho

B2.06

Influência de Configuração das

Linhas de Transmissão sobre os

Aspectos Elétricos de Projeto

Janeiro 2016

021

CIGRÈ BRASIL CE-B2:GT-06 B2(GT-06) FT-2

Dezembro/2007 página 1/16

Influência da configuração das Linhas de Transmissão sobre os aspectos elétricos de projeto

Relatório

Preparado por

GT B2 Grupo de Trabalho 06

“Princípios para projetos de Linhas de Transmissão”



Sumário

1. Considerações Gerais ............................................................................................................................ 3 1.1 Campo Elétrico ................................................................................................................................. 3 1.2 Campo Magnético............................................................................................................................. 3 1.3 Ruído Audível ................................................................................................................................... 3 1.4 Rádio Interferência............................................................................................................................ 3

2. Circuitos simples .................................................................................................................................... 4 2.1 Configurações 145kV ....................................................................................................................... 4 2.2 Campo Elétrico (CE) ......................................................................................................................... 5 2.3 Campo Magnético (CM).................................................................................................................... 8 2.4 Ruído Audível (RA) ......................................................................................................................... 11 2.5 Rádio Interferência (RI) .................................................................................................................. 14



1. Considerações Gerais Os impactos ambientais decorrentes dos efeitos de campo têm sido objeto de estudo durante já há algum tempo. Sua necessidade se justifica, uma vez que a construção e operação de linhas de Alta Tensão próximas aos centros urbanos, cada vez mais comuns, geram na população local certa preocupação, principalmente em decorrência do desconhecimento a respeito dos efeitos que estas linhas podem causar. Este estudo tem como objetivo pesquisar e verificar como os aspectos geométricos de uma linha de transmissão influenciam nos efeitos de campo, proporcionando ao projetista de LT subsídios para a melhor escolha da geometria da linha, levando em consideração os efeitos de campos, visando diminuir ao máximo os efeitos ambientais gerados pelas linhas. Os efeitos de campos, verificados pelo presente estudo, são: Campo Elétrico (CE), Campo Magnético (CM), Ruído Audível (RA) e Rádio Interferência (RI). As disposições geométricas foram selecionadas, bem como as classes de tensão, procurando englobar a maior parte das construções de linhas existentes no país. Cabe salientar que outros aspectos podem influenciar os parâmetros relacionados neste trabalho, como por exemplo: altitude em que a linha foi construída, resistividade do solo, condições físicas dos cabos (tempo de uso, presença de corpos sólidos ou irregularidades acentuadas na superfície dos condutores), entre outros. 1.1 Campo Elétrico O campo elétrico, ou mais corretamente “intensidade de campo elétrico”, é função direta da tensão de operação da linha de transmissão. Sua característica de distribuição espacial é afetada pela disposição geométrica das fontes, devido às influências mútuas entre elas, bem como pela proximidade dos condutores do solo. 1.2 Campo Magnético O campo magnético é gerado pela corrente que circula nos condutores, sendo influenciado pela distância entre as fontes, devido às influências mútuas entre elas. 1.3 Ruído Audível Trata-se de um dos aspectos inerentes às LTs que preocupa bastante a população que vive nas proximidades de uma Linha de Transmissão. Está diretamente relacionado à classe de tensão da LT e pode ser reduzido, por exemplo, com a substituição dos condutores por condutores com maior diâmetro. O Ruído audível é gerado pelo campo elétrico na superfície dos condutores e sofrem considerável acréscimo de valores em situações de tempo adverso, sobretudo no caso de chuva fina ou névoa e no momento logo após a chuva. O método utilizado para o cálculo do RA foi o descrito na publicação “Transmission Line Reference Book – 345 kV and Above 2nd Edition”, e os valores utilizados referem-se aos primeiros 15 minutos após o término da chuva, conforme item 12.1.1.1. da nova revisão da NBR 5422, ainda a ser publicado. 1.4 Rádio Interferência Assim como o Ruído Audível (RA), a Rádio Interferência (RI) também é função do campo elétrico na superfície e, igualmente, têm seus valores alterados em virtude das condições atmosféricas. Valores acentuados de campos elétricos provocam descargas superficiais nos condutores e estas descargas geram freqüências capazes de interferir em transmissões eletromagnéticas destinadas aos sinais de



rádio ou TV. A faixa de freqüências destinadas à transmissão de rádio de Amplitude Modulada (AM) pode ser bastante atingida por interferências causadas pelas linhas de transmissão.

2. Circuitos simples 2.1 Configurações 145kV As configurações adotadas neste estudo para as Linhas de Transmissão de 145kV foram as seguintes:

Vertical Triangular

a 6,5 e 8 6,5 e 8b 1,5 a 2,5 2,5 a 4c 1,5 a 2,5 4d 1,5 2,5e 1 -

Faixa de valores considerados [m]

Figura 1: Configurações Geométricas para Linhas 145 kV

Além da variação da geometria das linhas, considerou-se também no presente estudo a variação da altura “a”, usando-se valores de 6,5 e 8 m. Todos as simulações foram consideradas como tomadas à 1 m do solo.



2.2 Campo Elétrico (CE)

A configuração vertical a 6,5 m do solo para os circuitos de 145 kV, simples, apresentou os maiores valores de Campo Elétrico Máximo, calculados à 1 m do solo, quando comparada às demais, enquanto que a configuração triangular à 8 m apresentou os menores valores para essa classe de tensão. Os valores máximos obtidos com 145 kV, um condutor Grosbeak (636 MCM) por fase, distância entre fases de 2,5 m e altura dos condutores em relação ao solo de 6,5 e 8 m, foram os seguintes: - Vertical à 6,5 m do solo: 2,11 kV/m - Vertical à 8 m do solo: 1,50 kV/m - Triangular à 6,5 m: 1,82 kV/m - Triangular à 8 m: 1,23 kV/m Os perfis referentes às configurações podem ser observados na figura 2 abaixo.

Circuito Simples 145kV

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Distância em relação ao eixo da LT (m)

Cam

po E

létri

co [k

V/m

]

Vertical - 6,5m Vertical 8m Triangular - 6,5m Triangular - 8m

V = 145kVC = GrosbeakS = 2,5 mn = 1

Figura 2: Perfil do Campo Elétrico, a 1 m do solo.



Distância entre fases Conforme se pode observar na figura 2, o campo elétrico aumenta conforme a distância entre fases aumenta, independentemente da configuração adotada.

145kV Vertical Simples, à 6,5m de altura

1,60

1,75

1,90

2,05

2,20

1,5 2 2,5

Distância entre fases [m]

Cam

po E

létr

ico

Máx

imo

[kV

/m]

145kV Vertical Simples, 8m de altura

1,15

1,25

1,35

1,45

1,55

1,5 2 2,5

Distância entre fases [m]C

ampo

Elé

tric

o M

áxim

o [k

V/m

]

145kV Triangular simples, à 6,5m de altura

1,80

1,90

2,00

2,10

2,20

2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4


Cam

po E

létr

ico

Máx

imo

[kV

/m]

145 kV Triangular simples, 8m de altura

1,20

1,30

1,40

1,50

2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4


Cam

po E

létr

ico

Máx

imo

[kV

/m]

Figura 3: Impacto da distância entre fases no Campo Elétrico Máximo, a 1 m do solo.



Seção transversal do condutor A seção transversal do condutor influencia diretamente no nível de campo elétrico, porém, não de maneira significativa, como se pode observar na figura 3, abaixo. Um grande acréscimo de área transversal resulta em um acréscimo de poucos centésimos de unidade de Campo elétrico (kV/m).

Figura 4: Impacto da Seção Transversal no Campo Elétrico Máximo, a 1 m do solo.

145kV Simples Vertical à 8m de altura

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

557 636 795

Seção Transversal [MCM]

Cam

po E

létr

ico

Máx

. [kV

/m]

145kV Simples Triangular à 6,5m de altura

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

336,4 636 1113


Cam

po E

létr

ico

Máx

. [kV

/m]

145kV Simples Vertical à 6,5m de altura

2,08

2,10

2,12

2,14

2,16

2,18

556,5 636 795


Cam

po E

létr

ico

Máx

. [kV

/m]

145kV Simples Triangular a 8m de altura

1,15

1,20

1,25

1,30

336,4 636 1113


Cam

po E

létr

ico

Máx

. [kV

/m]



2.3 Campo Magnético (CM) Configuração da linha A configuração triangular a 6,5 m do solo apresentou os maiores valores de campo magnético máximo, e para os mesmos parâmetros, a configuração Vertical a 8m apresentou os menores valores. A figura 5 abaixo representa os perfis para os seguintes parâmetros: um condutor Grosbeak (636 MCM) por fase, distância entre fases de 2,5 m, altura da linha em relação ao solo de 6,5 e 8,0 m e corrente de 540 A por fase, calculada a partir de temperatura de projeto de 60 °C. Os seguintes valores foram calculados: - Vertical a 6,5 m: 8,22 µT - Vertical a 8,0 m: 5,63 µT - Triangular a 6,5 m: 11,82 µT - Triangular a 8,0 m: 8,13 µT

Circuito Simples 145kV

0

2

4

6

8

10

12

14

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50


Cam

po M

agné

tico

(uT

)

Vertical 6,5m Vertical 8 m Triangular 6,5 m Triangular 8 m


Figura 5: Perfil de Campo Magnético, a 1m do solo.



Distância entre fases Na configuração Vertical, pode-se observar que um acréscimo na distância entre fases provoca um acréscimo na intensidade do campo magnético máximo a 1 m do solo. Porém, a configuração Triangular comporta-se de maneira inversa, diminuindo a intensidade do campo magnético em decorrência do aumento da distância entre as fases da linha. Esse comportamento atípico, onde se esperaria comportamento análogo ao da estrutura vertical, deve-se ao fato de que a distância “d” (ver fig. 1) ter sido mantida constante, proporcionando dessa forma um desequilíbrio acentuado entre os Campos Magnéticos entre as fases. Tão logo a distância entre fases se aproxime do valor de “d”, o desequilíbrio decresce, fato observado pela influência no cálculo do CM a 1 metro do solo, visto nos gráficos correspondentes abaixo. A partir deste ponto, enquanto a distancia entre fases aumenta, o Campo magnético também aumenta, passando a se comportar analogamente à configuração vertical.

145kV Circuito Simples Vertical 6,5m de altura

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

1,5 2 2,5


Cam

po M

agné

tico

Máx

. [uT

]

145kV Circuito Simples Vertical 8m de altura

4,00

4,40

4,80

5,20

5,60

6,00

1,5 2 2,5


Cam

po M

agné

tico

Máx

. [uT

]

145kV Circuito Simples Triangular 6,5m de altura

11,50

11,60

11,70

11,80

11,90

2,5 3 3,5 4


Cam

po M

agné

tico

Máx

. [uT

]

145kV Circuito Simples Triangular 8m de altura

8,04

8,06

8,08

8,10

8,12

8,14

2,5 3 3,5 4


Cam

po M

agné

tico

Máx

. [uT

]

Figura 6: Impacto da distância entre fases no campo magnético máximo a 1m do solo.



Corrente na fase A configuração da linha não influencia na variação do campo magnético máximo a 1 m do solo, como é visto nas figuras abaixo. Este é função direta e proporcional à corrente que circula nas fases, conforme é constatado nos gráficos, independentemente da configuração adotada. Evidencia-se que a distância em relação ao solo altera o valor do campo, em virtude do gradiente deste.

145kV Circuito Simples Vertical, 6,5 m de Altura

7,30

7,80

8,30

8,80

9,30

480 500 520 540 560 580 600

Corrente (A)

Cam

po M

agné

tico

Máx

. (uT

)

145kV Circuito Simples Vertical 8m de Altura

4,80

5,30

5,80

6,30

480 500 520 540 560 580 600

Corrente [A]

Cam

po M

agné

tico

Máx

. [uT

]


7,50

9,50

11,50

13,50

15,50

17,50

350 450 550 650 750

Corrente [A]

Cam

po M

ágné

tico

Máx

. [uT

]


5,00

7,00

9,00

11,00

350 450 550 650 750

Corrente [A]

Cam

po M

agné

tico

Máx

, [uT

]

Figura 7: Impacto da corrente no campo magnético máximo, a 1 m do solo.



2.4 Ruído Audível (RA) Para o nível de tensão de 145 kV, a configuração vertical a 6,5 m apresentou os maiores valores de ruído audível, enquanto que a configuração triangular a 8 m mostra-se com menores valores máximos quando comparada às outras. Para os mesmos parâmetros dos itens anteriores, os valores máximos calculados para ruído audível, na condição de 15 minutos após a chuva, foram: - Vertical a 6,5m: 32,20 dB - Vertical a 8,0m: 31,26 dB - Triangular a 6,5m: 31,83 dB - Triangular a 8,0m: 30,84 dB

145kV Circuito SimplesRuído Audível

20

22

24

26

28

30

32

34

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Distância do eixo da LT (m)

Ruí

do A

udív

el (

dB)

Vertical 6,5m Vertical 8m Triangular 6,5m Triangular 8m


Figura 8: Perfil do Ruído Audível, a 1 m do solo.



Distância entre fases Circuitos em configuração Triangular tem decréscimo praticamente linear dos valores de Ruído Audível à medida que a distância entre fases aumenta. Entretanto, a configuração vertical comporta-se de maneira “não linear”, ascendendo os valores de RA até certa distância entre fases e depois, diminuindo conforme a distância aumenta. Nota-se, portanto, que a geometria da LT é responsável em boa parte da modificação da distribuição espacial dos níveis de RA, neste nível de tensão. Para os casos analisados, a altura em relação ao solo apresentou pouca influencia nos níveis de Ruído Audível.


31,80

32,00

32,20

32,40

32,60

32,80

1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5


Ruí

do A

udív

el M

áx. [

dB]


30,80

31,00

31,20

31,40

31,60

31,80

1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5


Ruí

do A

udív

el M

áx. [

dB]


30,00

30,40

30,80

31,20

31,60

32,00

2,5 3 3,5 4


Ruí

do A

udív

el M

áx. [

dB]


29,20

29,60

30,00

30,40

30,80

31,20

2,5 3 3,5 4


Ruí

do A

udív

el M

áx. [

dB]

Figura 9: Impacto da distância entre fases no Ruído Audível, a 1 m do solo.



Seção Transversal Todas as configurações geométricas estudadas comportaram-se de maneira análoga diante de acréscimo da seção transversal dos condutores da linha. Em todos os casos, houve decréscimo dos níveis de RA quando se utilizou condutor de maior seção, conforme representado nos gráficos abaixo.

Figura 10: Impacto da seção transversal dos condutores no Ruído Audível, a 1 m do solo

145kV Circuito Simples Vertical, 6,5m de altura

30

31

32

33

34

556 636 795

Seção transversal [MCM]

Ruí

do A

udív

el M

áx. (

dB)


29

30

31

32

33

556 636 795


Ruí

do A

udív

el M

áx. (

dB)


25

29

33

37

41

336,4 636 1113

Seção transversal [MCM]

Ruí

do A

udív

el M

áx. (

dB)


25

27

29

31

33

35

37

336,4 636 1113

Seção Transveral [MCM]

Ruí

do A

udív

el M

áx. [

dB]



2.5 Rádio Interferência (RI) A configuração vertical a 8 m apresentou valores máximos mais altos de RI, enquanto que a triangular à 6,5 m, os menores valores máximos. Os parâmetros utilizados para estudo do comportamento deste efeito de campo foram: tensão entre fases de 145 kV, um condutor Grosbeak (636 MCM) por fase, distância entre fases de 2,5 m, altura em relação ao solo de 6,5 e 8,0 m, freqüência de 500 kHz e resistividade do solo de 100 Ω.m. Nessas condições, obteve-se os seguintes valores máximos: - Vertical a 6,5 m: 36,32 dB - Vertical a 8,0 m: 52,45 dB - Triangular a 6,5 m: 30,94 dB - Triangular a 8,0 m: 40,55 dB

Circuito Simples 145kVRádio Interferência com tempo bom

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50


Rád

io I

nter

ferê

ncia

[dB

]

Vertical 6,5m Vertical 8m Triangular 6,5m Triangular 8m

V = 145kVC = GrosbeakS = 2,5 mn = 10,5 Mhz

Figura 11: Perfil de Rádio Interferência, a 1 m do solo.



Distância entre fases Na configuração Triangular, observa-se um decréscimo nos valores de RI à medida que a distância entre as fases é aumentada. Na configuração Vertical ocorre um aumento de nível de RI até certa distância (neste caso específico, em torno de 2 metros entre fases), e depois os valores decrescem de maneira bastante significativa.


30

35

40

45

50

55

1,5 2 2,5

Distância entre fases (m)

Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. (dB

)


44

46

48

50

52

1,5 2 2,5


Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. [dB

]


17

18

19

20

21

22

2,5 3 3,5 4


Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. [dB

]


15

19

23

27

31

35

2,5 3 3,5 4


Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. [dB

]

Figura 12: Impacto da distância entre fases na Rádio Interferência.



Seção Transversal O aumento na seção dos cabos contribui para a diminuição dos níveis de RI, conforme pode ser observado nos gráficos abaixo.

Figura 13: Impacto da seção transversal dos condutores na Rádio Interferência.


40

45

50

55

60

65

556 636 795

Seção Transversal [MCM]R

ádio

Inte

rfer

enci

a M

áx.

(dB

)


30

32

34

36

38

40

42

556 636 795


Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. [d

B]


15

20

25

30

35

40

45

336 636 1113


Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. [d

B]


30

35

40

45

50

336 636 1113


Rád

io In

terf

erên

cia

Máx

. [d

B]

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