Dentre as principais ações envidadas internacionalmente para o melhor aproveitamento da ca- pacidade de transporte das linhas de transmissão existentes, encontra-se o uso de banco de dados meteorológicos, que permite a adoção de critérios estatísticos no projeto e na operação.
O método de ampacidade determinística, que utiliza valores constantes e determinados para o cálculo da ampacidade, não corresponde ao que realmente acontece durante a operação da linha de transmissão, uma vez que todos os dados ambientais são variáveis (Gabaglia et al., 2005). Para apro- ximar o cálculo da ampacidade à realidade da operação da LT, que considera as variações climáticas, foi desenvolvido (Fontoura Filho et al., 1993) um critério de ampacidade baseado em técnicas pro- babilísticas. A mudança do critério de cálculo da ampacidade, de determinístico para estatístico, foi proposta na revisão da NBR5422, e já se encontra em fase de discussão.
Antecedendo o cálculo de ampacidade estatística, e com o objetivo de incorporar as diferenças climáticas, as séries horárias de temperatura do condutor podem ser subdivididas nos períodos verão- dia, verão-noite, inverno-dia e inverno-noite. Para cada um dos períodos tem-se um valor de ampaci- dade e a linha pode então ser projetada para o mais crítico.
Períodos do ano: Verão - de 1/outubro a 31/março Inverno - de 1/abril a 30/setembro Períodos do dia: Dia - das 06 às 18 horas
Noite - das 18 às 06 horas
No caso da ampacidade estatística, a temperatura máxima do condutor é definida em função do risco térmico, e existem duas temperaturas do condutor que devem ser consideradas no projeto em função do risco térmico envolvido:
1ª - Temperatura de referência, definida como a temperatura a ser utilizada no projeto da LT para o desenho dos perfis dos suportes no terreno e que possui um risco térmico de 15% de ser ultrapassado. 2ª - Temperatura limite de referência, definida como a temperatura a ser utilizada no projeto para a verificação do limite de referência e que deve possuir um risco térmico de 1%, 5% ou 7,5% de ser ultrapassado, dependendo da condição da corrente, nominal ou de sobrecarga.
O risco térmico é a probabilidade de uma temperatura do condutor ser excedida durante o período de operação. A determinação do risco térmico para uma corrente constante deve ser feita con- siderando séries horárias de dados de temperatura do condutor para as condições climatológicas da região atravessada pela linha. A determinação do risco térmico pode ser feita diretamente a partir do histograma de freqüências observadas da série horária da temperatura do condutor, como exempli- ficado na Figura 4.3, ou através do ajuste da distribuição estatística log-normal a três parâmetros à série horária da temperatura do condutor, dada pela equação 4.1.
P (t ≥ tref) = 1 −
Z tref
tmin
f (t)dt (4.1)
A probabilidade P de uma temperatura t qualquer da série histórica ser maior que a temperatura de projeto tref é igual a 1 menos a integral da função densidade de probabilidade no intervalo da
temperatura mínima tminaté a temperatura de projeto tref.
Estudos realizados por (Menezes Jr. et al., 1986), comparando quatro funções estatísticas às séries horárias de temperaturas, obtidas através da aplicação do modelo de cálculo da ampacidade desenvolvido por Morgan em dados ambientais de diversas regiões do Brasil, observou que a curva que melhor se ajustava às séries era a log-normal. Em observações posteriores com outras séries, percebeu-se que variação da temperatura do condutor e de sua flecha é representada com bastante aproximação por uma distribuição estatística do tipo log-normal a três parâmetros, equação 4.2.
Fig. 4.3: Função densidade de probabilidade log-normal a três parâmetros. f (t) = 1 β√2π(t − tmin) −1e[− ln(t−tmin)−α] 2 2β2 (4.2)
Os parâmetros da função densidade de probabilidade log-normal a três parâmetros são obtidos a partir da série horária da temperatura do condutor através das estatísticas de temperatura média (tmed),
desvio padrão (tdp) e temperatura mínima (tmin), e equações 4.3 e 4.4:
α = ln(tmed) − (β2/2) (4.3)
β =qln[(tdp/tmed)2+ 1] (4.4)
Nas situações em que a ampacidade é determinada por processo iterativo, onde a função densidade de probabilidade deve ser caracterizada para diversos valores de corrente e diâmetros de condutores, as estatísticas das séries horárias podem ser obtidas pelos seguintes modelos de correlação linear múltipla:
tmed= k1+ k2I2d tdp= k4+ k5tmed
tmin = k6 + k1I2d
tmed= temperatura média
tdp= desvio padrão da temperatura
tmin= temperatura mínima
I = corrente em pu
d = diâmetro do condutor em centímetro ki= coeficientes de correlação linear múltipla
A corrente de 1 pu (por unidade) é a corrente necessária para elevar a temperatura do condutor à 80ºC, sob as seguintes condições meteorológicas: temperatura do ar de 40ºC, sem sol e velocidade do vento de 0,61 m/s.
Os coeficientes ki representam as condições climáticas medidas nas séries horárias. Na falta de
dados ambientais próprios, a determinação do risco térmico poderá ser feita indiretamente com a utilização dos coeficientes kido Apêndice D.
Na falta das séries horárias da temperatura do condutor, os três parâmetros da distribuição log- normal podem ser determinados, para cada corrente e período climático, pelas condições meteoroló- gicas determinísticas abaixo.
Temperatura mínima do condutor - Parâmetro tmin
velocidade do vento: moderada (≈5 m/s) temperatura do ar: média
radiação solar: sem sol
Temperatura com risco térmico de 15% - tRT 15
velocidade do vento: 0,6 m/s
temperatura do ar: média das máximas diárias radiação solar: 1000 W/m2 (sol forte)
Temperatura com risco térmico de 1% - tRT 01
velocidade do vento: sem vento
temperatura do ar: média das máximas diárias radiação solar: 1000 W/m2 (sol forte)
Há duas condições de projeto para a corrente nominal que devem ser respeitadas concomitante- mente e que são definidas por dois pares de valores de temperatura do condutor e distância mínima cabo-solo ou cabo objeto.
1ª - Condição típica de referência
Nessa condição, a temperatura superficial do condutor para a corrente nominal de projeto tem um risco térmico máximo de 15% e a distância mínima de segurança tem um risco de falha do espaça- mento menor que 0,000001.
2ª - Condição limite de referência
Nessa condição a temperatura superficial do condutor para a corrente nominal de projeto tem um risco térmico máximo de 1% e a distância mínima de segurança tem um risco de falha do espaçamento menor que 0,0001.
O risco de falha do espaçamento é a probabilidade de falha da linha por ocorrência de rompimento do isolamento do espaçamento do cabo ao solo/obstáculo. Para o cálculo do risco de falha considera- se a ocorrência simultânea de:
a) sobretensões que podem dar origem à falha no espaçamento, com descarga para obstáculos próximos ao cabo;
b) condições ambientais e de carregamento que, ocorrendo conjuntamente, levem o cabo condutor a uma distância mínima, com relação ao obstáculo;
c) pessoa ou obstáculo sob a linha, no vão crítico.
Estabelecendo-se um risco de falha máximo, é possível determinar a distância mínima entre cabo e obstáculo e a partir dela o abaixamento máximo admissível do cabo, determinando assim a tempe- ratura máxima que o cabo condutor pode atingir.
Também é previsto nessa metodologia o cálculo de valores de ampacidade para as ocorrências de sobrecorrente, de acordo com o seu tempo de duração. Deve-se observar para as sobrecorrentes somente a condição limite de referência, alterando o risco térmico para a temperatura do condutor e mantendo-se a distância de segurança com risco de falha do espaçamento menor que 0,0001.
Para a sobrecorrente com duração de até 2 horas a temperatura superficial do condutor tem um risco térmico máximo de 7,5%. Para a sobrecorrente com duração de até 4 dias a temperatura su- perficial do condutor tem um risco térmico máximo de 5%. No período de 12 meses os somatórios do número de ocorrências e do tempo de aplicações não podem ultrapassar a 10 vezes e 240 horas, respectivamente.
A temperatura superficial máxima dos condutores usuais (CAA), para os riscos térmicos especi- ficados, não deve exceder a 100ºC. Para novos condutores, com limites de temperaturas maiores que os usuais, a definição da temperatura máxima deve ser verificada junto aos fabricantes dos mesmos.
A série horária da temperatura do condutor para uma corrente constante deve ser obtida através de medição direta do estado térmico do condutor ou calculada a partir de dados meteorológicos apli- cados a um modelo de equilíbrio térmico de regime permanente e deve representar as condições climatológicas da região atravessada pela linha.
Para que se tenha maior precisão, recomenda-se que os dados meteorológicos para o cálculo da temperatura do condutor em regime permanente procurem ter as seguintes características:
• A velocidade e direção do vento possuam períodos de integração da média igual ou superior a 10 minutos e altura de referência de 10 metros.
• A radiação solar e a temperatura do ar devem representar o valor médio do período de 10 minutos.
• Na representação das sazonalidades do clima, a série horária da temperatura do condutor deve ter um período mínimo de coleta que permita caracterizar os períodos verão-dia, verão-noite, inverno-dia, inverno-noite.