4.8 Dimensionamento da Linha Aérea
4.8.1 localização da linha aérea
A linha aérea a projetar terá cerca de 400m de comprimento e uma diferença de patamar de cerca de 4 metros. Na figura 4.9, em forma de uma linha vermelha é possível observar o ponto inicial e final da linha aérea. As cotas do terreno para o dimensionamento dos postes foi facultado pelo cliente. Tendo em atenção todos os fatores envolventes e tendo em vista a forma mais harmoniosa, projetou-se um percurso que se considerou o ideal para a localização da linha aérea.
4.8.2 Cálculo Elétrico
4.8.2.1 Características do Cabo
Para o projeto em causa o cabo condutor a utilizar será um condutor nu, em alumínio com alma de aço, 127mm2e multifilar. A designação do cabo é 80-AL1/47-ST1A ou segundo a antiga designação Guinea 130. A escolha do cabo foi debatida, no decorrer da dissertação, com o Ori- entador Professor Doutor António Machado e Moura. Na tabela 4.9é demonstrada alguma das características do respetivo cabo.
Tabela 4.9: Características técnicas do cabo 80-AL1/47-ST1A. Condutor 80-AL1/47-ST1A
Parâmetro Valor Unidade
Secção (σ ) 127,2 mm2
Diâmetro (d) 14,6 mm
Resistência a 20oC 0.3598 Ω/km
Módulo de Elasticidade (E) 10400 daN/mm2
Coeficiente de Dilatação Linear (αd) 15, 3 × 10−6 1/ K
Peso próprio (ω) 0.589 daN/m
Tensão de Rutura (TR) 6646 daN
4.8.2.2 Tensão de transporte
A tensão de transporte será definida pelo tensão de saída do transformador do gerador fotovol- taico e a tensão entrada no transformador da fábrica, ou seja, 30kV.
4.8.2.3 Intensidade de Corrente
Dependendo a altura do ano, a intensidade de corrente irá variar, então o dimensionamento da linha aérea será feito para a corrente máxima de saída do transformador. Como se pôde ver no subcapítulo dimensionamento do transformador, à plena carga do transformador (1.250MW), a corrente máxima de saída que o transformador irá debitar será aproximadamente 25A.
Deste modo a intensidade de corrente, por fase, que irá transitar será de 25A. Então, sabendo a intensidade de corrente que irá transitar, pode-se calcular a densidade de corrente pela expressão
3.22. d= I σ = 25 127, 2= 0.197A/mm 2 4.8.2.4 Perdas de Energia
As perdas de energia num condutor são calculas em função da resistência a 20oCe da inten- sidade da corrente que circula no condutor. A resistência do condutor é um dado adquirido, mas
4.8 Dimensionamento da Linha Aérea 75
para 1 Km. Então é necessário calcular, a partir da expressão3.23o valor para o comprimento real do cabo, ou seja, 400m.
R= R20oC× l = 0, 3598 × 0, 400 = 0, 1439Ω
Depois de calculada a resistência do condutor para o comprimento real da linha, é possível calcular as perdas de energia no cabo, expressão3.25
p= 3 × R × I2= 3 × 0.1439 × 252= 269, 8W ou seja,
269, 8
1.250.000× 100 = 0, 02%
O máximo das perdas de energia ocorridas no condutor, por fase, corresponde a 0,02 % da potência total transportada.
4.8.3 Cálculo Mecânico
4.8.3.1 Coeficientes de Sobrecarga
Para se proceder ao calculo dos coeficientes de carga, expressão3.32, para poder definir-se qual o estado mais desfavorável, primeiro tem de se calcular a força exercida pelo vento em cada estado, equação3.31.
• Estado de inverno
No estado de inverno a força exercida nos condutores é a seguinte:
Fvento= α × c × q × s
= 0, 6 × 1, 1 × 30 × 14, 6 × 10−3 = 0.289[daN/m]
(4.14)
Calculado o valor da força do vento, procede-se ao calculo do coeficiente de sobrecarga.
m= q {wv.σ + wg.π4[(d + 2.e)2− d2]}2+ F2 wv.σ = p w2+ F2 vento w = p 0, 5882+ 0, 2892 0, 588 = 1, 11 (4.15)
• Estado de primavera
No estado de primavera a força exercida nos condutores é a seguinte.
Fvento= α × c × q × s
= 0, 6 × 1, 1 × 75 × 14, 6 × 10−3 = 0, 723[daN/m]
(4.16)
Calculado o valor da força do vento, procede-se ao calculo do coeficiente de sobrecarga.
m= q {wv.σ + wg.π4[(d + 2.e)2− d2]}2+ F2 wv.σ = p w2+ F2 vento w = p 0, 5882+ 0, 7232 0, 588 = 1, 58 (4.17)
4.8.3.2 Definição da Tensão Máxima
A tensão máxima é definida pelo projetista, essencialmente, com base na experiência em pro- jetos anteriores. Como a minha experiência neste tipo de projetos é baixa, decidi discutir este tópico com o professor e orientador António Machado e Moura. Debatida a escolha, chegou-se à conclusão que a tensão máxima a aplicar no projeto seria 9 daN/mm2.
4.8.3.3 Cálculo da Tensão de Montagem
Antes de calcular o valor da tensão de montagem é necessário proceder ao cálculo do vão equivalente, do vão crítico e à definição do estado atmosférico mais desfavorável. Para tal é necessário recorrer à expressão3.34e ao diagrama de blocos apresentado na figura3.19. O valor do vão crítico é calculado pela seguinte expressão.
LCr= α .tmax ω . s 24.α.(Θ2− Θ1) m22− m2 1 = 148, 16[m] (4.18)
O vão equivalente é calculado a partir da expressão4.19. Para calcular o valor do vão equi- valente, visto a linha aérea tratar-se de um cantão, é necessário definir o comprimento dos vãos.
4.8 Dimensionamento da Linha Aérea 77
Definiu-se então 3 vãos. Dois com 150m e um com 100m.
Leq= r 1503+ 1503+ 1003 400 = 139, 2[m] (4.19)
Depois de calculados os valor dos respetivos vãos, apresentados acima, é possível definir o estado mais desfavorável. Assim, e consultando a figura3.19, pode-se concluir que o estado mais desfavorável é o de inverno.
Definido o estado mais desfavorável é possível, então, calcular a tensão de montagem, utili- zando a expressão3.33. Θ1+ t1 α .E− m1.ω2.L2 24.α.σ2.t2 1 = Θ2+ t2 α .E− m2.ω2.L2 24.α.σ2.t2 2 t1= 9, 9[daN/mm2] (4.20)
4.8.3.4 Parâmetro da Catenária e Flecha Máxima
O parâmetro da catenária é calculado a partir da expressão3.37.
a=ti× σ ω = 1944.24[m]
(4.21)
O cálculo da flecha máxima pode ser realizado a partir da expressão3.39.
f lecha=L 2 eq.ωv 8.tmax = 1, 25[m] (4.22)
4.8.3.5 Dimensionamento dos Apoios
Na figura4.10pode-se observar os postes que irão ser instalados na linha aérea. Os postes estão identificados como P1, P2, P3, P4.
Figura 4.10: Localização dos apoios da linha aérea. As distâncias entre os postes são apresentadas na tabela4.10.
Tabela 4.10: Distâncias entre os postes a instalar.
Entre Distância Unidade
P1 e P2 100 m
P2 e P3 150 m
P3 e P4 150 m
Os postes a utilizar serão postes de betão CAVAN. De seguida será feito o dimensionamento dos respetivos postes individualmente.
• Poste P1 e P4
Os postes P1 e P4 são classificados com apoios de fim de linha. Estes geralmente são mais fortes que os restantes devido aos esforços serem do só um dos lados do apoio. O valores para o cálculo será muito semelhante, à exceção dos vãos. O poste P1 será calculado para um vão de 100m, enquanto que o poste P4 será calculado para um vão de 150m.
De seguida são apresentados os cálculos para o apoio P1.
Hipótese 1 (com vento): - Forças longitudinais: Fl = 3 × Tc = 3 × Tmax× σ = 3435, 48[daN] (4.23) - Forças transversais: Ft= 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador) = 106, 97[daN] (4.24)
4.8 Dimensionamento da Linha Aérea 79
- Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 212, 7[daN] (4.25)
Hipótese 2 (sem vento): - Forças longitudinais: Fl = 1 5× (3 × Fvcondutor) = 3 × Tmax× σ = 17, 35[daN] (4.26) - Forças transversais: Ft = 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador) = 0[daN] (4.27)
O valor da força transversais é zero pois nesta hipótese não se considera o vento. - Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 212, 7[daN]
(4.28)
Depois de calculado os esforços mecânicos para o apoio P1, pode-se concluir que os esforços mecânicos na hipótese 1 são os piores. Consultando o catálogo dos postes CAVAN, define-se que o poste a utilizar será o AM08/4000 com um altura de 14 metros.
Os cálculos para o apoio P4 são os seguintes. Hipótese 1 (com vento):
- Forças longitudinais: Fl= 3 × Tc = 3 × Tmax× σ = 3435, 48[daN] (4.29) - Forças transversais: Ft = 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador) = 150, 34[daN] (4.30)
- Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 301, 1[daN] (4.31)
Hipótese 2 (sem vento): - Forças longitudinais: Fl= 1 5× (3 × Fvcondutor) = 3 × Tmax× σ = 26, 02[daN] (4.32) - Forças transversais: Ft= 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador) = 0[daN] (4.33)
O valor da força longitudinal é zero pois nesta hipótese não se considera o vento. - Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 301, 1[daN] (4.34)
Depois de calculado os esforços mecânicos para o apoio P4, pode-se concluir que os esforços mecânicos na hipótese 1 são os piores. Consultando o catálogo dos postes CAVAN, o poste a utilizar será o AM08/4000 com um altura de 20 metros.
• Poste P2 e P3
Os postes P2 e P3 são classificados com apoios de alinhamento. No cálculo será muito seme- lhante, à exceção dos vãos. O poste P2 será calculado para um vão de 100m e 150m, enquanto que o poste P3 será calculado para um vão de 150m e 150m.
De seguida são apresentados os cálculos para o apoio P2.
Hipótese 1 (com vento): - Forças longitudinais:
Fl= 3 × Tc
= 0[daN] (4.35)
O valor das forças longitudinais são nulas, pois os valores da tração dos condutores são seme- lhantes e opostos, logo anulam-se.
4.8 Dimensionamento da Linha Aérea 81
- Forças transversais:
Ft = 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador)
= 128, 67[daN] (4.36)
- Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 256, 87[daN] (4.37)
Hipótese 2 (sem vento): - Forças longitudinais: Fl = 1 5× (3 × Fvcondutor) = 3 × Tmax× σ = 21, 68[daN] (4.38) - Forças transversais: Ft = 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador) = 0[daN] (4.39)
O valor da força longitudinal é zero pois nesta hipótese não se considera o vento. - Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 256, 87[daN]
(4.40)
Depois de calculado os esforços mecânicos para o apoio P4, os esforços mecânicos na hipótese 1 são a piores. Consultando o catálogo dos postes CAVAN, conclui-se que o poste a utilizar será o MP00/600 com um altura de 18 metros.
De seguida são apresentados os cálculos para o apoio P3.
Hipótese 1 (com vento): - Forças longitudinais:
Fl = 3 × Tc
= 0[daN] (4.41)
Como no caso do cálculo do apoio P2, o valor das forças longitudinais são nulas, pois os valores da tração dos condutores são semelhantes e opostos.
- Forças transversais:
Ft= 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador)
= 150, 35[daN] (4.42)
- Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 301, 1[daN] (4.43)
Hipótese 2 (sem vento): - Forças longitudinais: Fl= 1 5× (3 × Fvcondutor) = 3 × Tmax× σ = 26, 02[daN] (4.44) - Forças transversais: Ft= 3 × (Fvcondutor+ Fvisolador) = 0[daN] (4.45)
O valor da força longitudinal é zero pois nesta hipótese não se considera o vento. - Forças Verticais:
Fv= 3 × (Pesocondutor+ Pesoisolador)
= 301, 1[daN]
(4.46)
Depois de calculado os esforços mecânicos para o apoio P3, pode-se concluir que os esforços mecânicos na hipótese 1 são a piores. Consultando o catálogo dos postes CAVAN, o poste a utilizar será o MP00/600 com um altura de 20 metros.
4.8.3.6 Esquema da Linha Aérea
O esquema da linha aérea pode ser consultado no anexoE.
4.8.3.7 Tipo de Amarrações
Para os apoios P1 e P4, ou seja, apoios de fim de linha, o tipo de armação que mais se adequa é o tipo HPT4, figura4.11.
4.8 Dimensionamento da Linha Aérea 83
Figura 4.11: Esquema da armação do tipo HPT4.
Para os apoios P2 e P3, apoios de alinhamento, o tipo de armação que mais se adequa à instalação é o tipo GAL, figura4.12.
Figura 4.12: Esquema da armação do tipo GAL.
4.8.3.8 Fundações Apoios
Devido às condições adversas do terreno, como a extrema humidade, as fundações dos apoios a instalar serão da responsabilidade da entidade fornecedora. Estas terão de ser estudadas para o tipo terreno em causa.
4.8.3.9 Isoladores
O artigo 47o, do R.S.L.E.A.T. define os materiais dos isoladores, e o artigo 48o, do mesmo re- gulamento, define as características dos isoladores. Os isoladores a utilizar nos apoios, do projeto em estudo, são:
- nos apoios 1 e 4 serão utilizados 3 isoladores em cadeia de amarração Saint-Gobain Conjunto comercial isolador E-70/127.
- nos apoios 2 e 3 serão utilizados 3 isoladores em cadeia de suspensão Saint-Gobain Conjunto comercial isolador E-100-127.
4.8.3.10 Distância dos Condutores aos Apoios
A distância a que os condutores deverão estar dos apoios é calculado pela seguinte expressão.
D= 0, 1 + 0, 0065 ×UN
= 0.0195[m] (4.47)
4.8.3.11 Distância dos Condutores ao Solo
A distância a que os condutores deverão manter do solo, de modo a assegurar a segurança das pessoas e objetos, é a seguinte.
D= 6 + 0, 005 ×UN
= 6, 15[m] (4.48)
4.8.3.12 Distância dos Condutores às Árvores
A distância a que os condutores deverão manter das árvores é a seguinte.
D= 2 + 0, 0075 ×UN
= 2, 23[m] (4.49)
4.8.3.13 Distância dos Condutores aos Edifícios
A distância a que os condutores deverão manter dos edifícios é calculada através da seguinte expressão.
D= 3 + 0, 0075 ×UN