TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Potência
15. DIMENSIONAMENTO MECÂNICO
Uma vez definido pelo anteprojeto, o melhor desenvolvimento do traçado da LDR/RDR, ramais, o ponto de tomada e, realizado o levantamento topográfico, serão locadas nos desenhos da planta e do perfil as estruturas necessárias ao suporte da rede e com o auxílio de gabarito, lançados os cabos.
A fim de que durante a construção não surjam motivos que obriguem a modificação nas posições das estruturas, o que refletiria no custo final da obra, essa locação deverá ser feita atendendo aos possíveis fatores restritivos, que estarão presentes, na locação dos postes no terreno. Alguns desses fatores já identificados no anteprojeto e exploração preliminar, são por exemplo: a locação de estações transformadoras atendendo ao centro de carga, ponto de derivação de ramais, locais de difícil acesso, cruzamento de rodovias, ferrovias ou linhas, etc.
A estrutura, é assim considerada, para efeito deste trabalho, como o conjunto dos seguintes elementos básicos, ou suas combinações: postes, cruzetas, isoladores, ferragens, equipamentos e acessórios.
A composição dos elementos numa estrutura é feita, de modo a atender às configurações mais freqüentes de montagem dos circuitos e/ou dos equipamentos, ou seja:
a) Circuito primário, simples ou duplo, de três condutores;
b) Estruturas suportes de transformador, regulador de tensão, religador, e seccionalizador automático, chaves fusíveis, chaves seccionadoras (secas e a óleo) pára-raios, etc.
A configuração e o dimensionamento das estruturas dependem basicamente dos fatores seguintes: – Espaçamentos mínimos entre as partes energizadas entre si e desta com as partes não
energizadas ou aterradas;
– Afastamentos mínimos entre circuitos; – Instalação de equipamentos;
– Existências de circuitos físicos de comunicação, ou sua previsão. 15.1. Esforços Mecânicos
15.1.1. Nos Condutores
Os condutores a serem utilizados no primário da rede de distribuição rural serão cabos de alumínio nu com alma de aço, tipo CAA, nas bitolas:
21 – 33 – 67 – 107 mm2 e 336 MCM conforme a NT-001 – Materiais de Rede de Distribuição-Padronização.
A tabela das trações de montagem e das flechas, nos condutores foi efetuado pelo processo analítico através da equação de mudança de estado, baseado nos fatores seguintes:
– no critério de flecha constante; – na escolha de um cabo básico;
– Na tração máxima do cabo, verificada a temperatura de 15º C, com vento máximo ou á temperatura mínima sem vento;
– no coeficiente de dilatação linear do cabo; – no peso, dimensões e formatação do cabo;
– nas faixas de variação de temperatura de –10º C e 0º C a + 50º C de acordo com a categoria da rede com incrementos de 5 em 5º C;
– vãos de 20 a 800 m, com intervalos de 20 m. 15.1.2. Nas estruturas
As solicitações a que estarão submetidas as estruturas de suporte da rede, são devidas aos esforços de tração dos condutores, à ação do vento, do próprio peso e eventualmente de equipamentos.
O dimensionamento mecânico das estruturas será baseada nos valores máximos de tração de projeto respeitando-se os coeficientes de segurança admissíveis para os componentes da estrutura da linha (Anexo XIII - Tabela de Trações de Montagem). O valor máximo de tração de projeto será o maior dos valores verificados em uma das situações a seguir:
40% da Tração de Ruptura do cabo à temperatura de ≤ 15º C com vento máximo; 26%, 28% ou 32% da Tração de Ruptura do cabo à temperatura mínima e sem vento, dependendo da categoria da rede rural (leve, média e pesada).
15.1.2.1. Ação do Vento sobre as Estruturas
São consideradas as seguintes velocidades de vento máximo para linhas: Leves : 80 km/h a temperatura de ≤ 15º C;
Médias: 100 km/h a temperatura de ≤ 15º C; Pesadas: 130 km/h a temperatura de ≤ 15º C.
A pressão do vento atuando sobre superfície dos condutores e estruturas será determinada pelas seguintes equações:
a – para superfícies planas P = 0,00754 V2. b – para superfície cilíndricas
P = 0,00471 V2 Sendo:
P = pressão do vento em daN/m2; V = Velocidade do vento em km/h.
Nos condutores, nas condições acima, a pressão máxima de vento será: Em linhas leves 30,14 daN/m2;
Em linhas médias 47,10 daN/m2; Em linhas pesadas 79,60 daN/m2;
Obs.: Nos casos gerais devem ser consideradas linhas médias, em casos especiais pode ser utilizado linhas leves ou pesadas, desde que, o projetista apresente a memória de cálculo.
15.1.2.2. Temperaturas
Serão consideradas as seguintes: Linhas leves 0º C a 50º C; Linhas médias -5º C a 50º C Linhas pesadas -10º C a 50º C.
Os esforços mecânicos a que estarão submetidos os postes, são devidos ao tracionamento dos condutores, à ação dos ventos, ao peso próprio e dos equipamentos nele instalados.
Na determinação desses esforços mecânicos estarão presentes as considerações seguintes:
15.1.3.1. Resultantes dos Esforços
A resultante dos esforços calculada será transferida a 20 cm do topo do poste e comparada com sua resistência nominal, devendo ser no máximo igual a esta.
Todos os esforços excedentes a este valor deverão ser absorvidos através de conveniente estaiamento.
15.1.3.2. O Anexo XIII apresenta em forma de tabelas, para todos os condutores, as trações de montagem em função dos vãos e da temperatura.
15.1.3.3. As tabelas de flechas e trações são calculadas para vãos nivelados e ancorados em ambas extremidades.
No caso de trechos nivelados, ancorados nos extremos e apoiados em diversos pontos intermediários, para aplicar os resultados tabulados deve-se calcular o vão regulador ou equivalente do trecho, cujo valor é dado por: areg.√a31 + a32 + a33 + ... + a3n-1
a1 + a2 + a3 + ... + a n-1
onde:
areg = comprimento em metros do vão regulador;
a1 + a2 + a3 + ... + a n-1, são os (n-1) comprimentos individuais dos vãos de apoio ou suspensão do referido trecho, nivelado e ancorado nos extremos, em metros.
15.2. Determinação das Estruturas 15.2.1. Tipo das Estrutura
As estruturas primárias a serem utilizadas, são as constantes da IT-005.03 – Montagem de Redes e Linhas Aéreas Rurais de Distribuição.
15.2.2. Critérios para utilização de estruturas primárias.
15.2.2.1. As estruturas primárias deverão ser escolhidas de modo a resistir aos esforços mecânicos de tração dos condutores, à ação do vento sobre a estrutura e condutores, e em função do sistema adotado, do espaçamento mínimo entre os condutores e da topografia do terreno. A escolha da estrutura será conforme o Anexo XVI.
Há todavia, situações em que mais de um tipo de estrutura é viável. Sendo esse o caso, deve-se optar pelo tipo de construção mais econômica.
15.2.2.2. É recomendável evitar grandes variações no tamanho dos vãos contínuos, procurando mantê-los próximo ao vão básico, escolhido para construção do gabarito.
15.2.2.3. O anexo para a escolha de estruturas, determinam para a situações de tangência e em ângulos, a limitação máxima de cada estrutura, de acordo com a bitola dos condutores, e o ângulo de deflexão dos condutores.
Sendo inevitável o emprego de vãos ou ângulos superiores aos previstos nos gráficos, deverá ser especificada uma estrutura especial, cujo desenho deve fazer parte do projeto, de preferência constando da própria folha do perfil onde está projetada.
Quando for necessário o emprego de estruturas de arrancamento usar os tipos N4, TE, HT ou HTE com estais longitudinais e laterais.
É recomendável que a fração de linha, sem estrutura de ancoragem seja de acordo com a tabela abaixo.
Cabo (mm2) Tramo (m) 21 e 33 1200 67 1000 107 800 336 600 15.2.3. Estaiamento
O estaiamento deverá ser projetado quando os esforços impostos aos postes forem superiores as resistências dos mesmos ou ainda, quando o solo não suportar estes esforços. Normalmente esta situação ocorre em postes que sustentam estruturas de encabeçamento, derivações em ângulo de linha.
O Estai de Âncora será utilizado nas seguintes condições: - Em situação de arrancamento
- Em poste que não possuir equipamento - Em estrutura de ângulo
Nos terrenos alagadiços ou brejos, onde é impraticável o estaiamento de âncora, poderá ser usado o estai de pântano (sapatas para pântano), devendo-se estudar as características específicas do terreno. Recomenda-se nestes casos reduzir o tamanho do vão e se necessário a tensão dos condutores.
a) Verificação de cabo baixo;
O vão básico ou de referência para construir o gabarito para verificação de cabo baixo é 140 m (Anexo XV – Tabela Para Construção de Gabarito).
b) Verificação de arrancamento;
O vão utilizado para construir o gabarito para verificação de arrancamento é o dobro do vão básico, pois o arrancamento é sempre verificado na estrutura comum a dois vãos consecutivos. Isto se deve ao fato de que, para temperatura mínimas, a tração do cabo varia pouco com o comprimento do vão.
c) Linha da Estrutura e Linha Solo;
São linhas paralelas indicando respectivamente o pé das estruturas e a distância mínima, do condutor ao solo, na pior situação.
Por exemplo, para poste de 11 m e distância mínima do condutor ao solo de 6,0 m teríamos:
– Linha de estrutura a 9,30 m abaixo da linha do condutor e – Linha do solo a 6,0 m abaixo da linha do condutor.
Em terrenos com topografia regular e que não exijam estudos especiais a localização dos pontos de estruturas poderá ser feita conforme o desenho do Anexo III.
15.3.1. Gabaritos de vãos ancorados
O vão ancorado na realidade é um vão contínuo onde o número de vãos do trecho é feito igual á unidade.
Deste modo o tratamento é análogo ao do vão contínuo. Devido á grande gama de valores que o vão ancorado pode assumir são necessários diversos gabaritos. Para contornar este problema pode-se trabalhar com o chamado “Gabarito de vãos ancorados”.
Este gabarito fornece para cada comprimento de vão o valor real de flecha do vão ancorado, porém tem o inconveniente de não ser uma catenária perfeita o que em certas situações pode conduzir a erros de projeto.
15.4. Critérios para Utilização de Postes
Os postes a serem utilizados serão os de madeira, concreto duplo T ou circular, padronizados e constantes da NT-001 – Materiais para Redes e Linhas Aéreas Rurais e Urbanas de Distribuição de Energia Elétrica.
15.5.1. Disposição dos Condutores
Nos circuitos trifásicos, os condutores serão dispostos num mesmo plano horizontal ou na disposição triangular, nos bifásicos num mesmo plano horizontal e, nos monofásicos (FN), na disposição vertical.
15.5.2. Afastamento horizontal entre condutores
15.5.2.1. O espaçamento horizontal mínimo situado num mesmo plano horizontal entre condutores de um mesmo circuito, poderá ser calculado pela expressão:
d = 0,00762 E + 0,368 √f onde:
d = espaçamento horizontal mínimo entre condutores; f = flecha máxima dos condutores a 50º C, em metros; E = tensão nominal do circuito, entre fases, em kV.
15.5.3. Altura mínima dos condutores
15.5.3.1. A distância mínima entre o condutor mais baixo da linha de distribuição e o solo deve ser de 6 m, na condição de flecha máxima, conforme o item 15.3.2.
15.5.3.2. Em travessias de rodovias e ferrovias a distância mínima entre condutores e solo ou boleto dos trilhos deverá ter 7 e 9 m respectivamente. Em ferrovias eletrificadas ou eletrificáveis a distância mínima do condutor ao boleto do trilho é de 12 metros.
15.5.4. A Distância entre condutores de circuitos diferentes, deverá ser a constante o Anexo XI.
15.5.5. Faixa de Segurança 15.5.5.1. Largura de Faixa
A largura mínima da faixa de segurança, no caso de uma única linha de distribuição pode ser calculada pela expressão:
L = 2 (b + d + Du) 130 sendo:
L = largura da faixa, em metros;
b = distância horizontal do eixo do suporte ao ponto de fixação do condutor mais afastado desse eixo, em metros;
d = soma das projeções horizontais da flecha do condutor e do comprimento da cadeia de isoladores, na condição de máximo deslocamento do condutor em metros;
Du = distância em metros, numericamente igual a tensão nominal da linha, em kV.
Para abranger a maioria das situações incluindo vãos longos, pode-se admitir uma faixa de segurança de 20 m, sem prejuízo das letras s e v do item 10.2. A altura máxima da vegetal dentro da faixa de segurança deverá ser de 40 cm. Deve-se limpar (capinar) a base do poste no raio de 1,5m.
15.5.5.2. Poda de árvores
Deverá ser consultado o IBAMA quanto a poda de árvore. Nos casos em que for necessário podar árvores, junto á faixa de segurança, a altura máxima, após a poda, não deverá ser maior do que:
H = √h2 + (B – b)2 - D u 130 onde:
H = altura após a poda, em metros;
h = distância vertical entre o condutor na condição de flecha máxima, e o plano horizontal passando pelo solo junto ao tronco da árvore, em metros;
B = distância horizontal entre o eixo do suporte e o tronco da árvore em metros;
b – distância horizontal entre o eixo do suporte, ao ponto de fixação do condutor mais afastado desse eixo, em metros;
Du - distância em metros numericamente igual à tensão nominal da rede, em kV.
15.5.6. Aproximação de aeródromos
Quando houver necessidade de traçado da LDR/RDR passar próximo a aeródromos, deverá ser observado o plano básico de zonas de proteção de aeródromos (Anexo V) e o órgão responsável pela administração do aeródromo
IT-003.04;
16. ANEXOS