Estudo de soluções de transmissão de energia elétrica em AT e MAT – linhas aéreas vs. cabos isolados

Estudo de Soluções de Transmissão de Energia Elétrica em AT e

MAT – Linhas Aéreas vs. Cabos Isolados

— Versão Final —

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Energias

Bruno Filipe Vieira Barbosa Lopes

Orientador: Sérgio Augusto Pires Leitão

Co-orientador: José Manuel Ribeiro Baptista

Estudo de Soluções de Transmissão de Energia Elétrica em AT e

MAT – Linhas Aéreas vs. Cabos Isolados

— Versão Final —

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Energias

Bruno Filipe Vieira Barbosa Lopes

Orientador: Sérgio Augusto Pires Leitão

Co-orientador: José Manuel Ribeiro Baptista

Agradecimentos

A realização deste trabalho resulta da colaboração de várias pessoas às quais quero expressar os meus sinceros agradecimentos:

Ao Eng.º Sérgio Leitão, meu orientador, pela constante coordenação e apoio facultado durante a elaboração deste trabalho.

Ao Prof. José Baptista, meu co-orientador, pela simpatia e pronta disponibilidade para ajudar.

Ao Prof. Joaquim Anacleto pelo auxílio prestado durante a realização do projeto e por toda a documentação concedida durante a execução do mesmo.

Ao Prof. Luís Machado, pelo esclarecimento de algumas questões necessárias à realização deste trabalho.

A todos os meus colegas e amigos que me acompanharam durante esta maravilhosa fase da minha vida, com os quais passei grandes e bons momentos.

À minha família, pelo apoio e incentivo que em muito ajudou na execução deste trabalho.

Resumo

A energia elétrica é nos dias de hoje considerada o “motor” das sociedades modernas. Dado que, na maioria das vezes, os grandes centros produtores de energia elétrica por diversas razões, se encontram afastados dos pontos de grande consumo é necessário transportar essa energia para grandes distâncias atravessando em alguns casos “zonas sensíveis”. A solução “ótima” a adotar para a transmissão de energia é o alvo deste trabalho. De acordo com o relatório publicado pela CIGRÉ o comprimento total das ligações em corrente alternada (ca) em 28 países membros era cerca de 310 000km (em finais de 2006) para os escalões de tensão compreendidos entre os 315kV e os 500kV. O conjunto das ligações em cabo isolado neste universo era de apenas 0,5%. Num momento em que as sociedades discutem e questionam as soluções a adotar na transmissão de energia elétrica e seus impactos (em particular os efeitos na saúde humana e nos animais da radiação eletromagnética), interessa a realização de um estudo que avalie e equacione as limitações técnicas e de segurança das duas soluções possíveis – linhas aéreas vs. cabos isolados subterrâneos.

Neste sentido, o presente trabalho debruça-se sobre o estudo dos campos magnéticos originados por diversas configurações de linhas de transmissão (aéreas vs. cabos isolados subterrâneos). Para a realização do estudo foi necessário implementar, através do MsExcel, um algoritmo de cálculo do campo magnético às diferentes configurações de linhas.

O trabalho realizado permitiu compreender, de forma detalhada, a relação existente entre o campo magnético e parâmetros como a corrente e tensão. Permitiu ainda entender qual a melhor solução para a transmissão de energia elétrica em AT e MAT de modo a provocar menor impacto, do ponto de vista da radiação eletromagnética, sobre a população humana.

Palavras-chave: linhas de transmissão aéreas, cabos isolados subterrâneos, campos eletromagnéticos, efeitos dos CME'S.

Abstract

Electrical power is nowadays considered the "engine” of modern societies. Since, in most cases, the major power production centers, are away from major points of consumption for various reasons and is necessary transport that energy to great distances in some cases through “sensitive areas”. The “optimal” solution to be adopted for the transmission of power is the target of this work. According to the report published by CIGRE the total length of links in alternating current (ac), in 28 member countries, was about 310 000km (in late 2006) to the voltage levels falling between 315kV and 500kV. All the cable connections isolated in this universe was only 0.5 %. At a time when companies discuss and question the solutions adopted in the transmission of electrical energy and its impacts (in particular the effects on human health and animals of electromagnetic radiation), it is interesting to conduct a study to evaluate and balances the technical limitations and security of the two possible solutions - airlines vs. insulated underground cables.

In this sense, the present work focuses on the study of magnetic fields generated by various configurations of transmission lines (airline vs. insulated underground cables). For this was necessary to implement through MsExcel, an algorithm for calculating the different settings of the magnetic field lines.

The work allows us to understand, in detail, the relationship between the magnetic field and parameters such as current and voltage. It also permit the understanding of which is the best solution for the electrical energy transmission of to HV and EHV so as to cause less impact from the point of view of electromagnetic radiation on the human population.

Keywords: overhead transmission lines, underground cables isolated, magnetic fields, effects

Índice geral

Agradecimentos ... v

Resumo ... vii

Abstract ... ix

Índice de figuras ... xv

Índice de tabelas ... xvii

Siglas e Símbolos... xix

Capítulo 1- Introdução... 1

1.1. Enquadramento. ... 2

1.2. Motivação e objetivos do trabalho. ... 3

1.3. Organização da dissertação. ... 4

Capítulo 2 – Linhas de transmissão de energia elétrica ... 5

2.1. Introdução ... 6 2.2. Ponto da situação ... 8 2.3. Linhas aéreas. ... 10 2.3.1. Constituintes. ... 10 2.3.1.1. Condutor. ... 10 2.3.1.2. Cabo de guarda ... 11 2.3.1.3. Isoladores ... 12 2.3.1.4. Apoios ... 13 2.3.2. Cálculo elétrico ... 14

2.3.2.1. Resistência elétrica de um condutor ... 14

2.3.2.2. Indutância ... 15

2.3.2.3. Reatância ... 16

2.3.2.3.1. Reatância capacitiva ... 16

2.3.2.4. Impedância ... 17 2.3.2.5. Condutância ... 18 2.3.2.6. Suscetância ... 19 2.3.2.7. Admitância ... 19 2.3.2.8. Capacidade ... 20 2.3.2.9. Intensidade de corrente ... 20 2.3.2.10. Densidade de corrente ... 21 2.3.2.11. Perdas de energia ... 21 2.3.2.12. Queda de tensão ... 22 2.4. Linhas subterrâneas ... 22

2.4.1. Configuração dos cabos isolados ... 22

2.4.1.1. Condutor ... 23

2.4.1.2. Isolamento ... 24

2.4.1.2.1. Isolamento de papel impregnado ... 25

2.4.1.2.2. Isolamento seco ... 26

2.4.1.3. Camadas semicondutoras ... 27

2.4.1.4. Blindagem ou ecrã metálico ... 28

2.4.1.5. Bainhas externas e armaduras ... 29

2.4.2. Técnicas de instalação de cabos em redes subterrâneas ... 30

2.4.2.1. Colocação no solo ... 30

2.4.2.2. Colocação ao ar livre ou em galeria ... 32

2.4.2.2.1. Colocação ao longo das paredes da galeria com auxílio de presilhas ou abraçadeiras ... 32

2.4.2.2.2. Colocação em caminhos ou tabuleiros ... 33

2.4.2.2. Colocação em tubos ... 34

2.4.3. Disposição dos cabos isolados ... 36

2.4.3.2. Disposição vertical ... 36

2.4.3.3. Disposição triangular ... 37

Capítulo 3 – Campos eletromagnéticos em linhas de transmissão de energia ... 39

3.1. Introdução ... 40

3.2. Ponto da situação ... 42

3.3. Cálculo do campo magnético de um condutor ... 43

3.4. Cálculo do campo magnético de um circuito trifásico ... 46

Capítulo 4 – Casos de estudo ... 53

4.1. Caso 1- Linhas aéreas de transmissão de energia elétrica ... 54

4.1.1. Comportamento do campo magnético com a proximidade ao centro da linha de transmissão ... 55

4.1.2. Influência da corrente no campo magnético de uma linha de transmissão de energia aérea ... 56

4.1.3. Influência da tensão no campo magnético de uma linha de transmissão de energia aérea……. ... 57

4.2. Caso 2 – Linhas subterrâneas de transmissão de energia eléctrica. ... 59

4.2.1. Comportamento do campo magnético com a proximidade ao centro da linha de transmissão. ... 60

4.2.2. Influência da corrente no campo magnético de uma linha de transmissão de energia subterrânea. ... 61

4.2.3. Influência da tensão no campo magnético de uma linha de transmissão de energia subterrânea. ... 62

4.3. Linhas subterrâneas vs. Linhas aéreas de transmissão de energia eléctrica – Melhor solução a adoptar ... 64

Capítulo 5 – Conclusões e propostas de trabalho ... 67

5.1. Conclusões ... 68

Referências bibliográficas ... 71

Índice de figuras

Figura 2.1 – Mapa da rede nacional de transporte de electricidade [5] ... 9

Figura 2.2 - Condutor multifilar ... 10

Figura 2.3 – Geometria do cabo de guarda [10] ... 11

Figura 2.4 – Cadeia de isoladores em amarração [8] ... 12

Figura 2.5 – Cadeia de isoladores em suspensão [8] ... 13

Figura 2.6 – Cabo de 60kV com isolamento em XLPE e blindagem por fios de cobre. [11] .. 22

Figura 2.7 - Cabo isolado de alta tensão com isolamento a papel impregnado [12] ... 25

Figura 2.8 - Cabo isolado de alta tensão com isolamento seco [15] ... 26

Figura 2.9 - Blindagens empregues em cabos de alta tensão [15] ... 28

Figura 2.10 – Bainhas externas de cabos isolados de alta tensão [18] ... 29

Figura 2.11 - Colocação de cabos no solo [19] ... 30

Figura 2.12 - Colocação de cabos em galeria [19] ... 32

Figura 2.13 – Disposição plana horizontal para um e dois circuitos [20] ... 36

Figura 2.14 – Disposição plana vertical para um e dois circuitos [20] ... 37

Figura 2.15 – Disposição plana triangular para um e dois circuitos [20] ... 37

Figura 3.1 - Formato dos campos originados na proximidade das linhas de transmissão [19] 40 Figura 3.2 – Influência do campo eléctrico no corpo humano [21] ... 41

Figura 3.3 – Influência do campo magnético no corpo humano [21] ... 41

Figura 3.4 - Cálculo do campo magnético de um sistema composto por um condutor. ... 43

Figura 3.5 – Decomposição de B segundo os seus eixos. ... 44

Figura 3.6 – Semelhança de ângulos para facilitar o cálculo de senos e co-senos. ... 45

Figura 3.7 – Exemplo da geometria de um circuito trifásico. ... 46

Figura 3.8 – Cálculo do campo produzido pelo cabo onde circula a corrente ... 47

Figura 3.9 – Diagrama de fases. ... 49

Figura 4.1 – Configuração de linhas de transmissão aéreas de energia. ... 54

Figura 4.2 – Comportamento do campo magnético de diferentes configurações de linhas de transmissão. ... 55

Figura 4.3 – Influência da corrente no campo magnético de uma linha de transmissão aérea onde são empregues apoios FB20ASN15. ... 56

Figura 4.4 – Influência da corrente no campo magnético de uma linha de transmissão aérea onde são empregues apoios FB20ADN15. ... 57 Figura 4.5 - Influência da tensão no campo magnético de uma linha de transmissão aérea onde são empregues apoios FB20ASN15 ... 58 Figura 4.6 - Influência da tensão no campo magnético de uma linha de transmissão aérea onde são empregues apoios FB20ADN15 ... 58 Figura 4.7 – Diferentes configurações de linhas de transmissão subterrâneas. ... 59 Figura 4.8 – Comportamento do campo magnético com a proximidade ao centro de uma linha subterrânea com disposição horizontal e vertical. ... 60 Figura 4.9 – Comportamento do campo magnético com o aumento da corrente para uma linha subterrânea com disposição horizontal ... 61 Figura 4.10 - Comportamento do campo magnético com o aumento da corrente para uma linha subterrânea com disposição vertical ... 62 Figura 4.11 - Comportamento do campo magnético com o aumento da tensão para uma linha subterrânea com disposição horizontal ... 63 Figura 4.12 - Comportamento do campo magnético com o aumento da tensão para uma linha subterrânea com disposição vertical ... 63 Figura 4.13 – Comparação do campo magnético originado por diferentes linhas de transmissão de energia. ... 65

Índice de tabelas

Tabela 3.1 - Limites de exposição a campos magnéticos definidos pela ICNIRP. [14] ... 43

Tabela 3.2- Factores geométricos dos diferentes condutores ... 48

Tabela 3.3 - Termos das diferentes correntes do circuito trifásico. ... 50

Siglas e Símbolos

Lista de siglas

CIGRÉ Conference Internationale des Grands Reseaux Electrique

ca Corrente Alternada

MAT Muito Alta Tensão

AT Alta Tensão

MT Média Tensão

BT Baixa Tensão

cc Corrente Contínua

RNT Rede Nacional de Transporte

REN Rede de Energia Nacional

EDP Energia De Portugal

PVC Policloreto de vinilo

EPX Etileno-propileno

PEX Polietileno reticulado

PE Polietileno termoplástico

CEM Campos eletromagnéticos

OMS Organização Mundial de Saúde

IARC Agência Internacional de Pesquisa sobre Câncer

ICNIRP Comissão Internacional de Proteção Contra Radiações não Ionizantes

Lista de símbolos

Tensão [V]; [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] P [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

Componente horizontal do campo magnético; Componente vertical do campo magnético;

Componente vertical do campo - fase;

Componente vertical do campo - não fase;

Componente horizontal do campo - fase;

Capítulo 1

1.1. Enquadramento.

Na evolução da sociedade, a energia elétrica, desde muito cedo, possuiu um papel de destaque na dependência da qualidade de vida e no desenvolvimento económico das populações. Atualmente, a eletricidade ocupa um lugar tão importante que proporciona ao mundo de trabalho produtividade e progressão e, aos seus cidadãos conforto e bem-estar. Neste sentido, a eletricidade é, hoje em dia, considerada um bem de primeira necessidade. Contudo, fatores como o crescimento demográfico e a maior aquisição de equipamentos elétricos proporcionaram um aumento do consumo de energia. Para colmatar este aumento, a capacidade de transporte dos centros produtores para os consumidores aumentará através da utilização de tensões e correntes cada vez mais elevadas nas linhas de transmissão.

Nos presentes dias, existe uma enorme contestação sobre a solução mais adequada para a transmissão de energia elétrica em alta tensão e muito alta tensão (aéreas vs. cabos isolados subterrâneos). Esta controvérsia assenta essencialmente sobre alguns pontos:

 Efeitos que provocam sobre o meio ambiente, mais concretamente sobre a fauna e a flora;

 Custo associado a instalação de cada tipo de linha de transmissão;

 Custo técnicos de manutenção em caso de danificação;

 Efeitos dos campos eletromagnéticos.

Nos últimos anos, um dos fatores importantes na seleção da linha de transmissão são os efeitos dos campos eletromagnéticos.

Desde anos 70 que, os campos eletromagnéticos (CEM’s) originados pelas linhas de transmissão passaram a ser motivo de preocupação devido a sua possível relação com efeitos nocivos na saúde humana. Estas incertezas despertaram, um pouco por todo o mundo, a investigação desta temática. No entanto, os estudos relacionados com a saúde têm sido, até agora, inconclusivos. Contudo, a exposição aos CEM’s é uma consequência inevitável na vida de uma sociedade que utiliza eletricidade.

1.2. Motivação e objetivos do trabalho.

A exposição humana a CEM’s não é uma temática nova. Desde os anos 70 que existe preocupações sobre a possível relação: Exposição a CEM’s vs. Problemas na saúde humana. Após vários estudos, realizados pela Organização Mundial de Saúde (OMS), a Comissão Internacional para a Proteção contra as Radiações Não Ionizantes (ICNIRP) decidiu definir um conjunto de limites básicos de exposição aos CEM’s. Estes limites são baseados em valores a partir dos quais se verifica a ocorrência de efeitos nocivos na saúde. Com base nos padrões estabelecidos pelo ICNIRP, o Conselho da União Europeia elaborou a Recomendação nº 1999/519/CE de 12 de Julho, ao qual Portugal se aliou através da Portaria nº 1421/2004, de 23 de Novembro.

Atualmente, a política mais aceite é a de evitar a exposição a campos magnéticos elevados. Neste sentido, parece desejável a realização de estudos técnicos paralelos relacionados com a gestão do campo magnético, que servem como um guia para os interesses neste tipo de área de pesquisa.

Num momento em que existe controvérsia sobre a melhor solução para a transmissão de energia elétrica em AT e MAT (aérea vs. cabos isolados subterrâneos), o presente trabalho avalia e equaciona as limitações técnicas e de segurança das duas soluções possíveis.

Deste modo, com a realização deste trabalho pretende-se:

 Fazer um ponto de situação do estado atual da tecnologia;

 Distinguir a constituição dos cabos de cada tipo de linha de transmissão (aérea vs. cabos isolados subterrâneos);

 Diferenciar as diferentes disposições e formas de colocação dos cabos;

 Perceber as implicações que os campos eletromagnéticos incitam no ser humano;

 Entender e aplicar a metodologia do cálculo do campo magnético a diferentes configurações de linhas;

 Compreender o comportamento do campo magnético com a proximidade/afastamento ao centro de uma linha de transmissão;

 Compreender o comportamento do campo magnético com a elevação de tensão;

 Compreender o comportamento do campo magnético com a elevação da corrente;

 Comparar os campos produzidos por diferentes configurações de linhas (aéreas vs. cabos isolados subterrâneos).

1.3. Organização da dissertação.

Esta dissertação encontra-se estruturada em 5 capítulos. O presente capítulo faz um breve enquadramento à temática e cita os objetivos pretendidos com o trabalho.

O Capítulo 2 é dedicado ao estudo dos diferentes tipos de linhas de transmissão (aéreas vs. cabos isolados subterrâneos). No decorrer deste capítulo serão descritos, de forma detalhada, todas as particularidades adjacentes a cada linha de transmissão de energia (constituição, cálculo elétrico, disposições, etc.)

No terceiro capítulo foram estudados os campos magnéticos produzidos por linhas de transmissão. De forma geral, neste capítulo será apresentada a metodologia usada para a obtenção dos valores do campo magnético.

O Capitulo 4 é dedicado ao caso estudo, onde diversas configurações de linhas de transmissão são submetidas ao cálculo do campo magnético. Neste capítulo é ainda realizada a respetiva análise dos resultados obtidos.

Finalmente, no quinto e último capítulo são retiradas conclusões do estudo e mencionadas propostas para trabalhos futuros.

Capítulo 2

2.1. Introdução

A energia elétrica tem tido um papel determinante nas sociedades industrializadas ao longo dos anos, constituindo a base do estilo de vida nos países desenvolvidos. A constante procura de energia e o aumento demográfico da população proporcionam uma evolução contínua da rede elétrica. Esta rede é constituída por um conjunto de componentes que permitem transportar e distribuir energia até aos consumidores. Neste sentido, a rede elétrica pode ser classificada, quanto a sua função, como rede de transporte ou rede de distribuição de energia. A rede de transporte tem como função transportar energia, através de linhas de transmissão (linhas de transporte), desde os centros produtores até aos pontos de entrega dessa mesma energia, a rede de distribuição. As linhas de transmissão aqui utilizadas atingem normalmente grandes distâncias pelo que, de modo a reduzir as perdas durante o processo de transporte, devem possuir tensões elevadas, a Muito Alta Tensão (MAT). [1]

Por outro lado, a rede de distribuição tem como função levar a energia elétrica recebida da rede de transporte até as instalações consumidoras. Para isso, esta rede conta com o auxílio de linhas de transmissão (linhas de distribuição) que podem possuir um dos três níveis de tensão: Alta Tensão (AT), Média Tensão (MT) ou Baixa Tensão (BT). [1]

Independentemente da função da rede, as linhas de transmissão realizam um papel de extrema importância. São constituídas por condutores, através dos quais a energia elétrica é transferida de um ponto transmissor para um ponto recetor. Os condutores utilizados nestas linhas podem ainda ser instalados no subsolo, em linhas de cabos isolados subterrâneos, ou no ar, através de linhas aéreas. A primeira é frequentemente usada em áreas densamente povoadas enquanto a segunda é empregue para comprimentos de linha elevados.

Numa linha de transmissão existe ainda um conjunto de parâmetros que merecem destaque: o comprimento e a frequência. O comprimento de uma linha de transmissão pode variar de centímetros a milhares de quilómetros enquanto a frequência pode ser tão baixa quanto 50Hz ou tão alta como dezenas de GHz.

Para finalizar, as linhas de transmissão podem ser classificadas e designadas por classes. Neste sentido, considerando o nível de tensão e o comprimento, a linha de transmissão pode ser classificada como: [2] [3]

 Longa - Se a sua extensão for superior a 100km e o nível de tensão maior que 100kV;

 Média - Se apresentar características de uma linha longa e curta em simultâneo. (Exemplo: linha de transmissão com um nível de tensão de 160kV e uma extensão de 70km)

Para designar a classe da linha de transmissão apenas é necessário ter em atenção o nível de tensão nominal. Assim, as linhas de transmissão são designadas de: [4]

 1ª Classe - Se a tensão nominal da instalação for menor que 1 kV para Corrente Alternada (CA) e menor que 1,5kV para Corrente Contínua (CC)

 2ª Classe - Se a tensão nominal de instalação for superior a 1kV para (CA) e inferior a 40kV para (CC).

2.2. Ponto da situação

O sector elétrico está dividido em quatro grandes atividades (produção, transporte, distribuição e comercialização), das quais duas merecem, neste trabalho, real destaque: transporte e distribuição de energia.

Atualmente, a atividade de transporte de energia elétrica é efetuada pela Rede Nacional de Transporte (RNT), concessão atribuída pelo Estado Português. Segundo dados fornecidos pela Rede Nacional de Energia (REN), em 2012 a RNT possuía 8340,6km de linha construída para o exercício desta atividades. Como se sabe, o transporte de energia na rede é realizado em MAT, onde se enquadram as linhas de 400, 220 e 150kV. Neste sentido, os 8340,6km estão fragmentados em:

 2234,8km de linha de 400kV;

 3491,5km de linha 220kV;

 2614,3km de linha de 150kV. [5]

A rede de transporte em Portugal encontra-se bem desenvolvida em todo o seu território. A

figura 2.1, evidência as diferentes linhas utilizadas nesse processo. Através dela é possível

verificar que as linhas de 400kV desenvolvem-se, fundamentalmente, nas direções Norte-Sul próximo do litoral, do centro electroprodutor de Alto Lindoso até ao centro electroprodutor de Sines, e Oeste-Leste, estabelecendo interligações com a rede espanhola. Relativamente às linhas de 220kV, a figura 2.1, demonstra que se desenvolvem principalmente entre Lisboa e Porto, Coimbra e Miranda do Douro, na Beira Interior e ao longo do rio Douro. A rede de MAT é ainda complementada por um conjunto de linhas de 150kV. [1]

Contudo, a rede de transporte é uma infraestrutura evolutiva, que se vai reconfigurando com o decorrer dos anos, em termos de capacidade e de cobertura do território, em função da localização das instalações produtoras e consumidoras.

A atividade de distribuição de energia em AT e MT foi deferida à EDP Distribuições, concessão atribuída pelo Estado Português. As redes de distribuição, aplicadas neste sector, são constituídas por linhas aéreas e por cabos isolados subterrâneos de AT (60 kV), MT (30 kV, 15 kV e 10 kV) e BT, (400/230V). Salienta-se que, as redes de distribuição aéreas são, maioritariamente, compreendidas por as linhas de BT. Contudo, têm-se observado um aumento significativo das redes de distribuição subterrâneas face à extensão total das redes de distribuição.

Para finalizar, à semelhança da rede de transporte, as redes de distribuição vão-se desenvolvendo ao longo do tempo sofrendo, se necessário, alterações no sentido do seu reforço, da sua capacidade, na evolução da distribuição territorial e na ligação a novos centros electroprodutores. [1]

2.3. Linhas aéreas.

2.3.1. Constituintes.

As linhas aéreas de transmissão de energia possuem, na sua composição, um conjunto de constituintes dos quais os condutores, cabos de guarda, isoladores e apoios tomam principal destaque.

2.3.1.1. Condutor.

Nas linhas aéreas de transmissão de energia são normalmente empregues condutores compostos por um único metal/liga (condutores homogéneos) ou por uma liga composta por múltiplos metais (condutores heterogéneos).

Os materiais geralmente utilizados nos condutores homogéneos das linhas de transmissão aéreas são o alumínio e o cobre. Contudo, podem ser aplicadas ligas compostas por estes materiais. Por outro lado, se o condutor utilizado na linha for heterogéneo é, geralmente usadas ligas de alumínio e aço.

Os condutores utilizados podem ainda ser compostos por um ou vários filamentos (unifilares ou multifilares). A figura 2.2 apresenta um modelo de um condutor multifilar. [6] [7] [8]

Figura 2.2 - Condutor multifilar

A experiência demonstra ainda que, para tensões superiores a 60kV, os condutores empregues nas linhas aéreas devem ser nus, isto porque, nem sempre os cabos isolados oferecem garantia quanto a sua inalterabilidade. Por outro lado, o preço dos cabos isolados são mais elevado que os nus.

2.3.1.2. Cabo de guarda

Os cabos de guarda são componentes essenciais nas linhas de transmissão aéreas, pois a sua função é a de impedir que as descargas atmosféricas atinjam os condutores, minimizando desta forma possíveis avarias na rede elétrica. Este componente é colocado na parte mais elevada do apoio estabelecendo, através deste, ligação ao solo. [9]

A instalação do cabo de guarda deve ser realizada segundo um conjunto de normas:

 Para um cabo de guarda, a instalação deve ser realizada de modo a que, os pontos de fixação dos diversos condutores fiquem no interior de um ângulo formado entre o vértice do ponto de fixação do cabo de guarda e a bissetriz vertical (ver figura 2.3).

 Para dois cabos de guarda, a instalação deve ser feita de modo a que, cada um dos condutores se encontre nas condições do ponto anterior em relação a algum dos cabos de guarda.

Figura 2.3 – Geometria do cabo de guarda [10]

Os materiais utilizados nos cabos de guardas são diversos. Os mais usados são o aço zincado e o aço inoxidável. No entanto, pode ser admitido qualquer outro material que também seja utilizado no fabrico de condutores.

2.3.1.3. Isoladores

Os isoladores usados nas linhas de transmissão aéreas têm como função impedir a passagem de corrente dos condutores para os apoios e, sustentar mecanicamente os condutores. Os isoladores utilizados nas linhas aéreas podem ser de dois tipos: fixos ou em cadeia. De um modo geral, nas linhas de transmissão aéreas de alta tensão são empregues isoladores em forma de cadeia. No entanto, dependendo da função a realizar, a cadeia de isoladores utilizada pode ser diferente: em amarração ou em suspensão.

A cadeia de isoladores em amarração, representada na figura 2.4, realiza a ligação entre o condutor e o apoio através de uma disposição horizontal. Este tipo de conceito apresenta desvantagens ao nível do custo e do processo de montagem. [6] [7] [8]

Figura 2.4 – Cadeia de isoladores em amarração [8]

Por outro lado, a cadeia de isoladores em suspensão, apresentada na figura 2.5, executa a junção entre o “braço” do apoio, através da extremidade superior, e o condutor, através da extremidade inferior.

Este tipo de cadeia de isoladores apresenta benefícios económicos em relação ao apresentado anteriormente uma vez que, apenas é necessário a utilização de uma única cadeia por cada apoio. No entanto, a cadeia de isoladores em suspensão também apresenta desvantagens. Uma delas prende-se com o facto de a cadeia estar em suspensão, permitindo deste modo maior liberdade de movimentos aos condutores. Neste sentido, em situações de extremo vento existe a possibilidade de contacto entre condutores ou entre estes e os apoios.

Figura 2.5 – Cadeia de isoladores em suspensão [8]

2.3.1.4. Apoios

Os apoios utilizados nas linhas de transmissão aéreas têm como função:

 Fixar os condutores, garantindo desta forma uma distância mínima de segurança entre condutores, entre o condutor e o solo e, entre o condutor e o apoio;

 Suportar todas as forças solicitadas pelas linhas.

Nas linhas de transmissão aéreas de alta tensão podem ser usados dois tipos de apoios: apoios em betão ou apoios metálicos. A sua escolha é determinada essencialmente pela avaliação de dois parâmetros: o local e o custo de implementação.

Relativamente ao local de implementação, os apoios metálicos levam vantagem em relação aos apoios em betão. Estas vantagens prendem-se, fundamentalmente, ao nível do processo de transporte e montagem. No processo de transporte, os apoios metálicos são divididos em partes, proporcionando a sua instalação em locais de difícil acesso. Posteriormente, o processo de montagem é realizado no local, através do aparafusamento das várias partes. Paralelamente, o processo de transporte e de implementação dos apoios em betão é bastante mais complicado, uma vez que o apoio é edificado antes da realização destes processos. [6] [7] [8]

Relativamente ao custo de implementação, os apoios metálicos levam desvantagem. Nestes apoios a dimensão da base é tanto maior quanto maior for a altura do apoio. Neste sentido, o custo de implementação deste tipo de apoio torna-se mais elevado. [6] [7] [8]

Para finalizar, os apoios quanto a função que realizam podem ser de:  Alinhamento;  Ângulo;  Reforço em alinhamento;  Reforço em ângulo;  Derivação em alinhamento;  Derivação em ângulo;

 Reforço em derivação em alinhamento;

 Reforço em derivação em ângulo;

 Fim de linha.

2.3.2. Cálculo elétrico

2.3.2.1. Resistência elétrica de um condutor

A resistência , cuja unidade é o Ohm, é definida como a maior ou menor dificuldade apresentada por um condutor à passagem de corrente elétrica. A resistência de um objeto é dada em função da resistividade do seu material, da área da seção reta e do seu comprimento, como demostra a equação 2.1

[ ]

onde:

- Resistividade do condutor [ ], - Comprimento do condutor [ ], - Secção do condutor [ ].

Por outro lado, a resistência de um material pode ser dada por cada quilómetro de comprimento, resistência quilométrica. A equação 2.2 demostra como pode ser obtida.

[

]

Contudo, no cálculo da resistência quilométrica é necessário realizar uma série de correções. A correção por efeito da temperatura é a mais evidente visto que, a resistividade altera-se com diferentes valores de temperatura. Neste sentido, para temperaturas distintas a 20ºC a resistividade é dada pela equação 2.3.

[ ]

onde:

- Resistividade a uma temperatura [ ] - Resistividade a 20ºC [ ],

- Coeficiente de termoresistividade do material condutor a 20ºC. 2.3.2.2. Indutância

A indutância ( ) ou coeficiente de auto-indução de um condutor está diretamente relacionada com a intensidade de corrente que atravessa esse mesmo condutor.

De acordo com Oliver Heaviside, a corrente que circula num sistema origina um campo magnético que, por sua vez, gera um fluxo sobre esse mesmo sistema. Neste sentido, uma variação de corrente criará forças eletromotrizes induzidas no sistema. A este fenómeno dá-se o nome de indutância.

A indutância ou coeficiente de auto-indução ( ) de uma linha pode ser obtido por fase e por quilómetro. O seu valor é dado em pela equação 2.4:

[

onde:

- Permeabilidade do condutor [ ] - Número de condutores por fase,

- Distância equivalente entra condutores [ ],

- Raio fictício, geralmente em milímetros, obtido através da equação 2.5:

√ [ ]

em que:

- Raio do condutor [ ]

- Raio da circunferência que passa pelos condutores que formam a fase [ ]

2.3.2.3. Reatância

A reatância é a resistência oferecida à passagem de corrente alternada por uma bobine ou por um condensador num dado circuito. Esta propriedade é expressa através da unidade do sistema internacional , Ohms No entanto, a reatância pode ser de dois tipos: capacitiva ou indutiva.

2.3.2.3.1. Reatância capacitiva

De uma forma muito sucinta, a reatância capacitiva é a resistência provocada por um condensador a passagem de corrente alternada . A reatância capacitiva, medida em Ohms, é obtida através da equação 2.6:

[ ] onde:

- Frequência , - Capacitância

2.3.2.3.2. Reatância indutiva

Resumidamente, a reatância indutiva ( ) é definida como a oposição de uma bobine à passagem de corrente alternada. Esta propriedade, medida em Ohms, é dada através da

expressão 2.7: [ ] onde: - Frequência , - Indutância . 2.3.2.4. Impedância

A impedância ( , expressa em Ohms, é definida como a oposição total que um circuito oferece ao fluxo de corrente elétrica. Matematicamente, a impedância pode ser expressa de duas formas distintas:

 Como a razão entre o valor eficaz da diferença de potencial ( ) entre os terminais de um dado circuito elétrico e o valor da corrente resultante ( ). Seguindo a definição de impedância complexa é dada pela equação 2.8:

[ ]

onde:

– Tensão eficaz (V), - Corrente eficaz (A).

 Em números complexos, onde a impedância é composta por uma parte real, equivalente a resistência ( ), e uma parte imaginária, dada pela reactância ). Neste sentido, a impedância é dada pela expressão 2.9

[ ]

onde o módulo de e a fase são dadas a partir das expressões 2.10 e 2.11 respetivamente:

| | √

2.3.2.5. Condutância

A condutância é, na maior parte das vezes, confundida com condutividade elétrica. No entanto, a condutância é o inverso da resistência elétrica. Esta propriedade, expressa em Siemens, é obtida a partir da equação 2.12:

[ ]

onde:

2.3.2.6. Suscetância

A suscetância ( ) é, de forma resumida, a razão entre a reatância ( ) e a soma dos quadrados da resistência ( ) com a reatância ( ). Esta grandeza, medida em Siemens, é obtida através da equação 2.13:

[ ]

2.3.2.7. Admitância

A admitância ( ) é, sucintamente, o inverso da impedância. Esta gradeza, expressa em Siemens, é dada pela expressão 2.14:

[ ]

Sendo a impedância uma resistência complexa e a condutância ( ) o inverso da resistência, então a admitância é uma condutância complexa. Assim, a parte real da admitância é a condutância e a parte imaginária é a susceptância. Neste sentido, a admitância pode ser expressa segundo um número complexo, como demostra a equação 2.15.

[ ]

onde o módulo de e a fase são dadas a partir das expressões 2.16 e 2.17 respetivamente:

| | √

2.3.2.8. Capacidade

A capacidade ( ) é definida como o quociente entre a carga capacitiva electroestática do condutor, por unidade de comprimento, e a diferença de potencial existente, em cada instante, entre o condutor e o seu invólucro, quando os respetivos condutores são sujeitos a um sistema polifásico simétrico de diferenças de potencial em relação a esse invólucro.

Para uma linha trifásica, a capacidade elétrica por fase e por quilómetro é dada pela expressão

2.18: [ ] onde,

D – Separação média geométrica entre fases [mm].

2.3.2.9. Intensidade de corrente

A intensidade de corrente ( , expressa em ampere [ ], é definida como a porção de carga elétrica que atravessa a seção reta de um condutor por unidade de tempo. A intensidade de corrente é obtida através da equação 2.19:

√ [ ] onde: - Potência a transportar [ ], - Tensão composta [ ], - Factor de potência. 2.3.2.10. Densidade de corrente

A densidade de corrente ( ) é, de forma sucinta, à quantidade de carga elétrica, por unidade de tempo, que atravessa uma determinada área superficial, com direção e sentido dado pelo vetor normal à mesma área superficial. O valor da densidade de corrente é dado pela

expressão 2.20: [ ] onde, - Corrente [ ] - Seção de condutores. 2.3.2.11. Perdas de energia

O valor das perdas de energia por efeito de Joule para cada condutor é dado pela equação

2.21:

onde:

- Resistência [ ], – Corrente [ ].

2.3.2.12. Queda de tensão

A queda de tensão ( ) entre as extremidades de uma linha é dada pela equação 2.22:

√ [ ]

onde:

- Corrente transportada - Comprimento da linha

- Resistência em corrente alternada à temperatura de operação ), - Ângulo de fase,

- Reatância indutiva da linha ).

2.4. Linhas subterrâneas

2.4.1. Configuração dos cabos isolados

Os cabos elétricos utilizados nas linhas de transmissão subterrâneas possuem, na sua composição, um conjunto de constituintes. A figura 2.6. apresenta os diversos componentes utilizados no fabrico de um cabo AT.

Do ponto de vista elétrico, o cabo está concluído após a aplicação do isolamento. No entanto, são acrescentadas ao cabo um conjunto de proteções. Estes incrementos têm como objetivo proteger os cabos de agentes externos. Dependendo do tipo de função a realizar, diferenciam-se quatro tipos de elementos protetores. [12]

 Bainha externa e armaduras - Protegem o cabo contra danos de origem mecânica;

 Blindagens e camadas semicondutoras - Protegem o cabo contra danos de origem elétrica.

Neste sentido, os cabos elétricos utilizados nas linhas subterrâneas de média e alta tensão são compostos por um único condutor (cobre ou de alumínio) envolvido por isolamento, bainha externa e respetivas proteções e armaduras.

Para finalizar, os cabos isolados utilizados nas linhas subterrâneas, devem ainda:

 Ser revestidos e protegidos contra a corrosão (provocada pelo terreno onde são instalados);

 Estar isolados com materiais adaptados às condições da instalação e exploração;

 Possuir uma resistência mecânica suficiente para suportar ações executadas durante a após a instalação. [12], [13]

2.4.1.1. Condutor

O condutor elétrico é o constituinte mais importante do cabo elétrico isolado. Este constituinte tem como função transportar energia elétrica ao longo da linha de transmissão. Neste sentido, nem todos os materiais podem ser utilizados. De forma geral, os condutores são compostos por materiais metálicos, onde os mais utilizados são:

 Alumínio;

 Cobre.

No entanto, a capacidade de condução das correntes em regimes cíclicos, permanentes, curto - circuito e sobrecarga é que ditam a escolha do material, a seção transversal e a forma como o cabo é idealizado. [14]

Na fabricação dos condutores de cabos isolados devem ser utilizadas matérias-primas de elevada pureza, em concordância com as normas nacionais e internacionais, garantindo desta forma os valores de condutividade elétrica exigidos. Salienta-se que, a presença de qualquer

impureza aumenta, em grande medida, a resistência elétrica do material condutor e, consequentemente, aumenta as perdas por efeito de Joule colocando em perigo a vida útil deste. [12]

2.4.1.2. Isolamento

O isolamento utilizado nos cabos isolados é concebido por materiais cujos eletrões estão vigorosamente ligados aos seus núcleos. Estas fortes ligações promovem uma resistência elétrica elevada.

Os cabos são submetidos, ao longo da sua vida, a um conjunto de agentes externos. Neste sentido, o isolamento usado deve estar preparado a realizar outras funções que defendam o condutor contra esses agentes. Assim, o isolamento deve possuir: [11], [13]

 Resistência ao ozono, à ação solar, radiação ultravioleta e radiação gama;

 Resistência aos hidrocarbonetos, agentes corrosivos, ambiente salinos, alcalinos;

 Absorção de água e resistência à humidade;

 Grau de polimerização, vulcanização e reticulação.

O isolamento detém ainda outras características que devem ainda ser evidenciadas: [12], [13]

 Resistência ao alongamento permanente;

 Resistência à abrasão;

 Resistência ao envelhecimento;

 Resistência à tração;

 Resistência à fissuração ou gelificação;

 Resistência ao frio/calor;

 Resistência ao fogo;

 Temperaturas máximas de serviço;

 Temperaturas de curto-circuito;

 Termoplasticidade;

 Cristalinidade;

 Carga de rotura;

O isolamento utilizado nos cabos elétricos podem ser classificado em dois tipos:

 Isolamento de papel impregnado;

 Isolamento seco.

2.4.1.2.1. Isolamento de papel impregnado

Este tipo de isolamento é concebido por uma mistura de resinas e óleos minerais que utiliza como suporte físico um freio de papel celulósico desmineralizado. Esta mistura possui uma particularidade que se diferencia de todos os outros tipos de isolamento. À temperatura ambiente a mistura possui um estado praticamente solidificado enquanto para temperaturas superiores possui um comportamento mais fluído levando a possíveis perdas. Por este facto, torna-se necessário envolver a mistura com chumbo em forma de tubo. [13]

A figura 2.7 apresenta um cabo subterrâneo de alta tensão com isolamento de papel impregnado.

Figura 2.7 - Cabo isolado de alta tensão com isolamento a papel impregnado [12]

A experiência tem demonstrado que o cabo com isolamento de papel impregnado detém vantagem, no tempo de vida útil, em relação ao cabo de isolamento seco. Tal vantagem não acontece quando relacionada a temperatura de serviço. Aqui, a fluidez da mistura pode tornar-se tão elevada que vaza do tubo de chumbo através de orifícios criados por cristalizações do chumbo que se geraram por vibrações produzidas a quando da união dos cabos. [13]

Com o passar do tempo, os cabos com isolamento de papel impregnado foram substituídos por cabos com isolamento seco. No entanto, ainda hoje existem em serviço quilómetros de cabos isolados com papel impregnado, devido à grande vida útil que apresentam. [13]

2.4.1.2.2. Isolamento seco

Os isolamentos secos são essencialmente constituídos por isolantes sintéticos extrudidos, dos quais se salienta o policloreto de vinilo (PVC), o etileno propileno (EPR) e o polietileno reticulado (PEX). A figura 2.8 apresenta um exemplo de um cabo elétrico com isolamento seco.

Figura 2.8 - Cabo isolado de alta tensão com isolamento seco [15]

Este isolamento, quando aplicado em cabos elétricos de alta tensão, apresenta características que o diferencia do isolamento de papel impregnado. Evidencia-se a/o:

 Boa resistência a humidade;

 Sustentação às oscilações;

 Bom comportamento ao fogo;

 Não necessidade de tubos de chumbo como proteção mecânica para evitar perdas de fluido ou a entrada de humidade.

Como referenciado anteriormente, os isolamentos sintéticos utilizados nos cabos elétricos podem ser diversos:

 Polietileno reticulado (PEX): Este tipo de isolamento sintético surge do aperfeiçoamento do polietileno termoplástico (PE). O PEX possui as mesmas propriedades do PE, no entanto, vence limitações que este não consentia. Algumas limitações superadas pelo PEX foram:

o Baixo ponto de fusão que o PE apresentava, diminuindo desta forma o risco de propagação de chamas;

o Alta cristalinidade que o PE apresentava, reduzindo o seu nível de rigidez e fragilidade a temperaturas elevadas.

 Gomas de etileno-propileno (EPR): O seu contínuo desenvolvimento têm como objetivo melhorar as inconvenientes apresentadas pelo PEX ao nível da rigidez mecânica. O PEX não permite a inserção de componentes que facultem modificações nas suas propriedades. Tal não acontece no ERP, onde é possível introduzir cargas e plastificantes que permitem a formação de novas misturas de modo a resolver exigências específicas.

Como mencionado anteriormente, o PEX possui as mesmas propriedades do PE, no entanto não é um termoplástico. Neste sentido, com o aumentar da temperatura não se torna líquido, conservando a sua configuração, mesmo possuindo características de um material elástico. Assim sendo, a temperatura admissível do condutor transita de 75ºC no PE para 90ºC no PEX admitindo, deste modo, circulações de corrente com intensidades mais elevadas em regime permanente. Contudo, em caso de curto-circuito pode obter-se durante períodos de tempo pequenos temperaturas da ordem dos 250ºC. [14], [16]

O isolamento seco está principalmente limitado com infiltrações de humidade. Neste sentido, os cabos não devem ser instalados em terrenos húmidos evitando desta forma possíveis danificações. Contudo, nos cabos de PEX podem ser introduzidos barreiras longitudinais (fitas hidroexpansivas), que impedem a propagação da água no interior do cabo. [14], [16]

2.4.1.3. Camadas semicondutoras

As camadas semicondutores utilizadas nos cabos elétricos são finas camadas de polímero, normalmente do mesmo material que o isolamento, ao qual são introduzidos elementos condutores, como o carbono, com o objetivo de diminuir a resistência de isolamento.

A organização das camadas semicondutoras internas e externas é feita de modo a distribuir o campo elétrico pela superfície do condutor e pela blindagem metálica, respetivamente. Esta uniformização tem como finalidade impedir que as zonas vazias do isolamento externo e

interno suportem com campos magnéticos intensos, que na presença de ar ou vapor de água criariam descargas parciais que acabariam por deteriorar o isolamento. [12]

2.4.1.4. Blindagem ou ecrã metálico

As blindagens utilizadas nos cabos elétricos isolados possuem várias finalidades: [17]

 Assegurar o escoamento das correntes capacitivas e das correntes de curto-circuito (componente homopolar da corrente de curto-circuito);

 Proteger contra as perturbações eletromagnéticas (por exemplo nos, cabos de telecomunicações);

 Garantir a proteção de pessoas (caso de perfuração do cabo);

 Criar uma superfície equipotencial e orientar as linhas de força do campo elétrico. A figura 2.9 apresenta cabos elétricos isolados com uma diversidade de blindagens.

Figura 2.9 - Blindagens empregues em cabos de alta tensão [15]

As blindagens são empregues sobre as camadas semicondutoras e podem ser dispostas de inúmeras formas: [17]

 Uma ou várias fitas, enroladas em hélice, de modo a não existir espaço livre visível do exterior;

 Uma fita de fraca espessura em alumínio ou cobre, aplicada a todo comprimento e, revestida numa das faces com um produto destinado a garantir a sua adesão à bainha exterior. Este produto é do mesmo tipo que o da bainha externa;

 Uma fita de cobre ou alumínio enrolada, que pode ou não estar associada a uma outra fita de aço também enrolada, colocada a todo o comprimento do cabo;

 Numa malha criada com fios de cobre ou alumínio, enrolada em hélice, eventualmente com os fios reunidos entre si com uma fita da mesma natureza, disposta igualmente em hélice. No caso de cabos flexíveis usa-se uma trança de fios de pequeno diâmetro;

 Uma fita de cobre ou alumínio corrugado.

2.4.1.5. Bainhas externas e armaduras

As bainhas externas dos cabos elétricos isolados são componentes que têm como função proteger o cabo contra a corrosão. Estes elementos isolam a blindagem do meio ambiente. O principal papel destes componentes é proteger o cabo de agentes externos que o danificam. A

figura 2.10 apresenta exemplos de bainhas externas.

Figura 2.10 – Bainhas externas de cabos isolados de alta tensão [18]

As bainhas externas também podem ser usadas com o intuito de melhorar as características internas do cabo de modo a aperfeiçoar as suas prestações. Essa melhoria pode ser feita através de:

 Enchimentos, de modo a conferir um formato cilíndrico aos cabos;

 Componentes de apoio que sustentam esforços de tração;

Muitas vezes são usadas armaduras como acessório de proteção. Estas têm como função certificar a proteção mecânica do cabo quando este é sujeito a forças transversais e longitudinais.

Atualmente existe uma diversidade de armaduras que podem ser utilizadas. As armaduras mais utilizadas são: [17]

 Armadura com fios de aço aplicados helicoidalmente;

 Armadura com dupla fita de aço, aplicada helicoidalmente

 Armadura de fios de aço em forma de trança.

Nos cabos monopolares de alta tensão não deve ser empregues armaduras de aço, uma vez que as suas propriedades magnéticas não aconselham a sua utilização em corrente alternada porque diminuem a capacidade de transporte. Em alternativa, podem ser utilizadas armaduras em dupla fita com formato helicoidal ou proteção mecânica exterior. [17]

2.4.2. Técnicas de instalação de cabos em redes subterrâneas

As páginas que se seguem têm por finalidade fornecer informações de ordem geral e, chamar a atenção para detalhes relativos as diversas formas de colocação dos cabos. Neste sentido, serão abordados os seguintes formas de colocação: colocação no solo; colocação ao ar livre ou em galeria e colocação em tubos.

2.4.2.1. Colocação no solo

De uma forma resumida, este tipo de instalação consiste na colocação de cabos no interior de uma vala a uma certa profundidade do solo. Logo após a sua instalação, o terreno é reintegrado e não existe sinais visíveis dos cabos ao longo da sua extensão. A figura 2.11 apresenta o conceito abordado.

Nos termos da regulamentação portuguesa, os cabos que participam nesta instalação devem ser protegidos contra possíveis corrosões resultantes de agentes externos. A corrosão dos cabos é normalmente provocada por: [11]

 Abatimentos de terra;

 Choques de ferramentas metálicas utilizadas pelo homem;

 Contacto com corpos duros;

 Ação química proveniente de elementos presentes no solo.

Neste sentido, os cabos com armadura de aço sobre a bainha de estanquidade podem ser diretamente instalados no solo. No entanto, para a instalação de cabos não armados é, em princípio, necessário o auxílio de uma proteção que pode ser formada por uma caleira de betão, tubos ou lajes que suportam o efeito de esmagamento da terra e evitam o contacto com outros corpos. [11]

A profundidade de colocação dos cabos depende essencialmente de dois fatores: a condição local e da tensão de serviço. Assim, para BT e MT a profundidade mínima de colocação no solo é:

 0,60m a 0,70m em terreno normal;

 1m sob vias de comunicação.

Para cabos de AT e MAT instalados em caleiras de betão preenchidas com areia, a profundidade de colocação não deve ser inferior: [11]

 0,80m fora das aglomerações ou nas subestações;

 1,20m em aglomerados.

Durante o processo de instalação deve ser levado em conta alguns aspetos relativos a proximidade com outras canalizações. Neste sentido, é recomendado que, numa mesma vala, a disposição das canalizações seja lado a lado e não sobreposta, facilitando desta forma intervenções futuras às canalizações. É aconselhado ainda, um espaçamento de 0,20m entre os bordos mais próximos de duas canalizações vizinhas, estabelecendo assim um compromisso entre a influência térmica das canalizações, a largura da vala e os riscos de deterioração durante a colocação. [11]

As canalizações subterrâneas possuem ainda um dispositivo avisador situado a uma altura de 0,1 a 0,2m acima da instalação. Este dispositivo encontra-se no interior de uma grelha metálica protegida contra possíveis corrosões. [11]

2.4.2.2. Colocação ao ar livre ou em galeria

De forma sintetizada, neste tipo de instalação a colocação dos cabos pode ser feita ao ar livre, através da colocação em caminhos de cabos ou em tabuleiros, ou os no interior de condutas, através da colocação dos cabos ao longo das paredes da galeria. A figura 2.12 ilustra o conceito abordado.

Figura 2.12 - Colocação de cabos em galeria [19]

Independentemente da forma de colocação e de fixação dos cabos, a instalação deve essencialmente:

 Respeitar os raios de curvatura mínimos dos cabos;

 Permitir uma dissipação satisfatória das perdas térmicas;

 Evitar todo o efeito prejudicial dos deslocamentos.

2.4.2.2.1. Colocação ao longo das paredes da galeria com auxílio de presilhas ou abraçadeiras

De forma sucinta, nesta instalação o principal dilema está na forma de fixação dos cabos que difere consoante a configuração do trajeto.

 Os cabos forem pouco sensíveis a solicitações mecânicas;

 Não comprometer o comportamento dielétrico dos cabos.

Os processos de fixação escolhidos devem evitar todo o risco de ferimento ou quebra das arestas dos cabos, normalmente provocados por movimentações. Este processo deve ainda ser realizado em intervalos suficientemente pequenos prevenindo assim, a curvatura dos cabos. Neste sentido, a fixação deve ser realizada:

 0,40 em 0,40m para os cabos sem revestimento metálico;

 0,75 em 0,75m para os cabos com revestimento metálico.

Em trajeto vertical, o processo de fixação deve ser realizado com especial atenção em cabos cuja sua constituição não está especialmente concebida para resistir às solicitações mecânicas. Exemplos são os cabos de MT e AT não armados de grandes dimensões. É sugerido então, o uso de abraçadeiras com diâmetro interior superior 5 a 10mm ao diâmetro exterior. A largura da abraçadeira deve ser, no mínimo, igual ao diâmetro exterior do cabo. A distância entre duas abraçadeiras sucessivas deve ser adaptada às dimensões do cabo. [11]

Independentemente do trajeto, o processo de fixação é realizado em galerias, que devem ser concebidas por um material rígido, estar bem ventiladas e possuir um bom sistema de drenagem. As paredes da galeria devem permitir uma fixação segura de todos os elementos de apoio aos cabos. [13]

2.4.2.2.2. Colocação em caminhos ou tabuleiros

De forma sucinta, neste conceito os cabos são dispostos ao longo de caminhos/tabuleiros proporcionando uma distribuição constante do peso ao longo do percurso. Estes caminhos são normalmente construídos em cimento ou metal. Neste último caso, os caminhos são perfurados proporcionando a circulação de ar em torno dos cabos. [13]

Os cabos podem efetuar movimentos de contração e de dilatação. Neste sentido, devem ser empregues dipositivos de fixação que:

 Não provoque resistência mecânica aos cabos;

 Controle os movimentos provocados pelas dilatações e pelas solicitações eletrodinâmica;

Neste conceito os dispositivos de fixação mais utilizados são as abraçadeiras. Estas são normalmente constituídas por um material degradável (nylon por exemplo) e são colocadas a distâncias uniformes. [13]

Neste tipo de colocação, existe ainda um conjunto de parâmetros que são sugeridos na instalação de outras canalizações. Sempre que num mesmo tabuleiro exista uma outra canalização é aconselhável um intervalo livre entre elas, de modo a limitar a influência térmica, proporcionar às canalizações liberdade de movimentos e favorecer o manuseamento dos cabos. Contudo, não devem ser colocadas mais do que duas canalizações num mesmo tabuleiro. Neste sentido, é preferível a instalação de vários tabuleiros espaçados 30cm entre si. [13]

Este tipo de conceito apresenta diversos benefícios do ponto de vista elétrico. Permite o despejo máximo de calor proporcionando, desta forma, uma maior capacidade de transporte de energia elétrica nos cabos. Por outro lado, a instalação dos cabos é mais acessível.

No entanto, é um tipo de canalização que deve ser evitada sempre que possível, devido ao seu alto custo de construção. Normalmente, este conceito só é aplicado quando mais nenhuma das outras canalizações é possível realizar. [13]

2.4.2.2. Colocação em tubos

Sucintamente, este tipo de instalação consiste na colocação de cabos no interior de tubos localizados a uma determinada profundidade da superfície do solo.

Este tipo de colocação é especialmente utilizado nas instalações de telecomunicações e de energia. Têm como principais objetivos:

 Limitar as agressões provocadas durante o processo de desenrolamento do cabo;

 Conceber aos cabos proteções reforçadas.

Estes tubos podem ser concebidos por diversos materiais. No entanto, a sua escolha depende das características que se deseja adquirir. Neste sentido, os tubos podem ser constituídos por:

 Material termoplástico (PE ou PVC), utilizado na maioria dos casos devido à(s): o Sua leveza,

o Boas características mecânicas, o Resistência à corrosão,

 Aço ou ferro fundido, utilizado normalmente em casos que:

o Se antecipam solicitações mecânicas elevadas (risco de esmagamento).

Os tubos devem ainda possuir um diâmetro que permita o enfiamento dos cabos sem que estes corram o risco de danificar. No entanto, o diâmetro do tubo difere dependendo do número de cabos utilizados. Assim, a razão entre o diâmetro interno do tubo e o diâmetro externo do cabo deve ser: [11]

 Compreendido entre 2,5 e 2,8m no caso de três cabos por tubo;

 Superior a 1,5m no caso de um cabo por tubo. Os tubos podem ainda ser dispostos: [11]

 Ligação aos tubos entre si – Esta disposição deve ser colocada com precaução, de modo a não deixar rebarba ou rugosidades capazes de danificar o cabo durante o processo de enfiamento. Se os tubos forem encaixados uns nos outros, o sentido de enfiamento deverá coincidir com o dos encaixes.

 Maciço envolvente - É utilizada quando se prevê o aparecimento de solicitações mecânicas, sendo necessário colocar os tubos não metálicos dentro de um maciço de betão.

 Extremidades dos tubos:

o Cabos colocados em caleira: os tubos são interligados às caleiras edificadas em alvenaria;

o Cabos colocados diretamente na terra: são edificadas construções em formato trampolim que posteriormente serão colocadas em cada lado dos tubos, de modo a prevenir que os cabos não partam a saída dos tubos;

o As extremidades dos tubos são ainda obstruídas com gesso ou estuque. No caso de cabos não armados, existe uma camada elástica ente o cabo e o geso.

2.4.3. Disposição dos cabos isolados

2.4.3.1. Disposição horizontal

A disposição horizontal é, de uma forma resumida, uma técnica que dispõe os cabos segundo uma direção horizontal. Esta disposição, apresentada na figura 2.13, é muito utilizada em linhas de elevada potência.

Figura 2.13 – Disposição plana horizontal para um e dois circuitos [20]

Este tipo de disposição apresenta diversas vantagens. Proporciona nos cabos isolados dissipação térmica e, a sua instalação em tabuleiros é mais acessível, minimizando o tempo de realização da obra.

Contudo, a instalação dos cabos segundo esta disposição acarreta também desvantagens. Estas surgem essencialmente com a instalação de dois ou mais circuitos, onde é necessário a abertura de valas com maior largura, implicando assim aumento de custos da obra civil. [14], [20].

2.4.3.2. Disposição vertical

A disposição vertical é, de forma sucinta, uma técnica que dispõe os cabos segundo a direção vertical. Esta disposição é especialmente empregue em linhas de transmissão subterrâneas que possuam dois ou mais circuitos. A figura 2.14 ilustra o conceito abordado.

Figura 2.14 – Disposição plana vertical para um e dois circuitos [20]

Esta disposição permite, em relação a disposição anterior, a abertura de valas mais estreitas minimizando, deste modo, o espaço e o custo da obra civil. Contudo, torna-se necessário a realização de valas mais profundas que dificulta a dissipação térmica dos cabos mais a baixo. [14], [20].

2.4.3.3. Disposição triangular

A disposição triangular é, de forma sintética, um conceito que dispõe os cabos segundo uma configuração triangular. Esta disposição é aplicada, essencialmente, em linhas com potências de transmissão baixas. Apesar de não ser a melhor solução, a disposição triangular pode também ser empregues em linhas com grande potência de transmissão. A figura 2.15 apresenta a disposição abordada para um e dois circuitos.

Capítulo 3

Campos eletromagnéticos em linhas

de transmissão de energia elétrica

3.1. Introdução

Os Campos Eletromagnéticos (CEM´s) manifestam-se na natureza e sempre estiveram presentes na Terra. No entanto, nos últimos anos, a exposição a CEM´s tem aumentado consistentemente devido a fontes criadas pelo homem. Os CEM´s podem ser divididos em dois grandes grupos: [21].

 Campos elétricos e magnéticos estáticos e de baixas-frequências, onde as principais fontes são as linhas de transmissão de energia, aparelhos eletrodomésticos e computadores;

 Campos elétricos e magnéticos de altas-frequências ou de radiofrequências, onde as fontes mais comuns são os radares, instalações emissoras de rádio e televisão, telefones móveis e suas estações rádio base, aquecedores de indução e dispositivos anti-roubo.

A eletricidade é, hoje em dia, parte integral do quotidiano das sociedades modernas, sendo o processo de transporte e distribuição efetuado através de linhas de transmissão. Nestas linhas circula um fluxo de eletricidade que cria nas proximidades dos condutores campos elétricos e magnéticos de baixa frequência, como demonstra a figura 3.1.

Os campos elétricos, medidos em volts por metro (V/m), são originados pela distribuição de cargas elétricas na superfície dos condutores que, consequentemente provocam um fluxo de corrente elétrica no corpo humano (ver figura 3.2).

Figura 3.2 – Influência do campo elétrico no corpo humano [21]

Por outro lado, a movimentação de cargas elétricas nos condutores gera campos magnéticos que induzem correntes circulantes no interior do corpo humano (ver figura 3.3). A intensidade dessas correntes dependem da intensidade do campo magnético externo e do comprimento do percurso através do qual a corrente flui.

Figura 3.3 – Influência do campo magnético no corpo humano [21]

Neste sentido, potenciais efeitos de CEM´s sobre a saúde têm sido alvo de preocupações. De modo a estudar estes efeitos, a Organização Mundial de Saúde (OMS) promoveu um Projeto Internacional de Campos eletromagnéticos que têm como objetivo investigar os potenciais riscos para a saúde associados a tecnologias emissoras de campos eletromagnéticos (CEM´s). Neste projeto, a OMS conta com o auxílio de algumas instituições especializadas que promovem estudos e relatórios neste domínio, nomeadamente a International Agency for Research on Cancer (IARC) e a International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP).