Materiais e Estruturas Utilizadas em Redes Aéreas Compactas de Distribuição de Energia Elétrica (versão 1.0)

(1)

(2)

DPP/PER - 381/02 - PROJETO 1462

EMPRESA DO SISTEMA ELETROBRÁS

Materiais e Estruturas Utilizadas

em Redes Aéreas Compactas de

Distribuição de Energia Elétrica

(versão 1.0)

RELATÓRIO TÉCNICO DPP/PER n

o

381/2002

Autores:

João Clavio Salari Filho - CEPEL

Luiz Abel Alves dos Santos - Fundação Padre Leonel Franca (FPLF) Leonardo Santos Valente - Fundação Padre Leonel Franca (FPLF)

Data:

22/8/2002

(3)

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ______________________________________________________ 1 2. DESCRIÇÃO DE MATERIAIS PARA REDES COMPACTAS DE

DISTRIBUIÇÃO _____________________________________________________ 2

2.1 ISOLADOR POLIMÉRICO TIPO UNIVERSAL ______________________________ 2 2.2 ISOLADOR POLIMÉRICO TIPO BASTÃO_________________________________ 3 2.3 BRAÇO L __________________________________________________________ 4 2.4 CONECTOR DERIVAÇÃO TIPO CUNHA PARA CABOS COBERTOS___________ 5 2.5 ESPAÇADORES PARA REDE PRIMÁRIA ________________________________ 6 2.5.1 ESPAÇADOR VERTICAL TRIFÁSICO PARA 15kV _____________________ 6 2.5.2 ESPAÇADOR LOSANGULAR TRIFÁSICO PARA 15kV__________________ 7 2.5.3 ESPAÇADOR LOSANGULAR TRIFÁSICO PARA 35kV__________________ 8 2.5.4 ESPAÇADOR VERTICAL MONOFÁSICO PARA 15 OU 35kV_____________ 9 2.6 BRAÇO ANTIBALANÇO PARA ESPAÇADORES LOSANGULARES ___________ 10 2.7 ESTRIBO PARA ESPAÇADOR LOSANGULAR ___________________________ 11 2.8 CABO DE ALUMÍNIO COBERTO_______________________________________ 12 2.9 CABO NU DE AÇO ZINCADO _________________________________________ 14 2.10 ALÇA PRÉ-FORMADA PARA CABOS DE ALUMÍNIO COBERTOS ____________ 15 2.11 ALÇA PRÉ-FORMADA PARA CABOS NUS DE AÇO ZINCADO ______________ 16 2.12 GRAMPO DE ANCORAGEM PARA CABOS COBERTOS ___________________ 17 2.13 LAÇOS PLÁSTICOS ________________________________________________ 18

2.13.1 PARA CABOS DE ALUMÍNIO COBERTOS FIXADOS EM ISOLADOR DE PINO EM 15kV ________________________________________________ 18 2.13.2 PARA CABOS DE ALUMÍNIO COBERTOS FIXADOS EM ISOLADOR

VERTICAL OU LOSANGULAR EM 15kV ____________________________ 19 2.14 ANEL DE AMARRAÇÃO PARA ISOLADORES DE PINO E PARA

ESPAÇADORES VERTICAL E LOSANGULARES _________________________ 20 2.15 FIO DE ALUMÍNIO COBERTO PARA AMARRAÇÃO _______________________ 21 2.16 LAÇO PRÉ-FORMADO PARA CABO MENSAGEIRO FIXADO EM

ESPAÇADOR VERTICAL OU LOSANGULAR_____________________________ 22 2.17 SUPORTE C_______________________________________________________ 23 2.18 PERFIL U _________________________________________________________ 24 2.19 FIXADOR DE PERFIL U______________________________________________ 25 2.20 FIXADOR PRÉ-FORMADO PARA CABOS NUS DE AÇO ZINCADO ___________ 26 2.21 ARRUELA ESPAÇADORA ____________________________________________ 27

3. ESTRUTURAS PARA REDES COMPACTAS DE DISTRIBUIÇÃO ____________ 28

3.1 ESTRUTURA RC11 _________________________________________________ 28 3.2 ESTRUTURA RC12 _________________________________________________ 30 3.3 ESTRUTURA RC13 _________________________________________________ 31

(4)

(5)

1. INTRODUÇÃO

A rede aérea compacta foi desenvolvida para a distribuição de energia elétrica em regiões arborizadas ou em locais que exigem maior segurança e confiabilidade.

Portanto, como principais vantagens desse novo padrão construtivo, têm-se o investimento em equipamentos que reduzem sensivelmente a necessidade da poda de árvores, a redução das interrupções provocadas por contatos acidentais nos cabos e o combate à prática do furto de energia.

Por outro lado, o uso de alguns materiais diferentes daqueles que são usados nas redes aéreas convencionais, como cabos cobertos com material isolante, espaçadores especiais, suportes específicos, entre outros, acaba por acarretar um custo de construção mais elevado, distanciando-se daqueles que são verificados usualmente |1 |. Apesar disso, considerando-se situações em que os custos de manutenção da rede convencional sejam muito elevados, a rede compacta poderá ser uma alternativa viável para certas áreas rurais, tema este que é alvo de outro documento presentemente em elaboração pelo PER/CEPEL |2, 3, 4|.

Assim sendo, são apresentados nesta versão inicial do relatório alguns padrões construtivos de estruturas que são empregadas em redes aéreas compactas de distribuição de energia elétrica, bem como as listas e as características básicas dos diversos materiais utilizados para tal. São abordadas as aplicações para as classes de tensão fase-fase de 15 e 35 kV, utilizando-se postes de concreto de seção duplo T e de madeira, sendo, em função de ser utilizado o mesmo material, apresentadas somente as figuras relacionadas aos postes de concreto duplo T. No caso de ser usado o poste de concreto de seção circular, deve-se retirar algumas arruelas quadradas nas listas de materiais das estruturas, acrescentar de duas a quatro cintas para fixação de alguns elementos ao poste e substituir alguns parafusos de cabeça quadrada por parafusos de cabeça abaulada, como está mostrado, por exemplo, na Tabela 25.

É importante mencionar que, tomou-se como base para a elaboração das diversas figuras, tabelas e textos apresentados neste trabalho as informações contidas em trabalhos publicados pela ABRADEE sobre isoladores, espaçadores e cabos |5, 6, 7|; nas normas técnicas disponibilizadas nos endereços eletrônicos da COPEL e da CPFL |8, 9, 10, 11, 12|; em algumas normas de ferragens fios e cabos da |13, 14, 15, 16, 17|; e nos endereços eletrônicos de alguns fabricantes e distribuidores de materiais |18, 19, 20, 21, 22, 23, 24|. Além disso, com o objetivo de não se sobrecarregar as figuras do texto, as dimensões nelas apresentadas correspondem a valores médios aproximados, podendo, portanto, sofrer pequenas variações. Com relação às designações dadas às estruturas (Ex.: RC11) e os códigos apresentados nas tabelas para referenciar os materiais a serem utilizados (Ex.:1020701 - arruela quadrada), estes foram criados pelos autores buscando-se a semelhança com aqueles que são adotados na versão 2.0 do Sistema para Cálculo do Orçamento de Redes Elétricas de Distribuição (SMD) desenvolvido pelo PER/CEPEL |25 |. Finalmente, salienta-se que, este trabalho não tem caráter normativo, ficando quaisquer mudanças nas instalações dos materiais a critério de cada Empresa.

MATERIAIS E ESTRUTURAS UTILIZADAS EM REDES AÉREAS COMPACTAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA

(6)

2. DESCRIÇÃO DE MATERIAIS PARA REDES COMPACTAS DE DISTRIBUIÇÃO

2.1 ISOLADOR POLIMÉRICO TIPO UNIVERSAL

Figura 1 - Isolador polimérico tipo universal Tabela 1 - Características elétricas e mecânicas |21 |

Tensão mínima suportável [kV]

Em freqüência industrial Classe de tensão [kV] seco molhado De impulso atmosférico a seco (± 1,2/50µs)

Tensão de perfuração sob impulso íngreme [kV]

15 77 46 130 (+) / 176 (-) 195 35 110 63 184 (+) / 250 (-) 220

Tabela 2 - Características mecânicas |6 ,20 ,21 |

Distâncias [m] Carga mínima T

[daN] Classe de tensão [kV] A B C D E F sem ruptura nominal Distância de escoamento mínima [mm] Peso aproxim. [kgf] 15 133 140 57 25 19 19 1200 600 304 0,6 35 181 190 73 19 25 19 1200 600 533 1,2 Notas:

1- Estes isoladores também podem ser encontrados na versão com pino incorporado. 2- O isolador quando submetido à carga T não deve sofrer ruptura ou qualquer

deformação permanente.

3- Material: polímero orgânico adequado tecnicamente, como polietileno de alta densidade e resistente a intempéries, ao trilhamento elétrico e aos raios ultravioleta.

(7)

2.2 ISOLADOR POLIMÉRICO TIPO BASTÃO

Figura 2 - Isolador polimérico tipo bastão

Tabela 3 - Características elétricas |20 |

Tensão suportável [kV] Em freqüência industrial

Classe de tensão [kV]

seco molhado

De impulso atmosférico (pico)

15 95 75 130(+)/140(-)

35 160 140 250(+)/265(-)

Tabela 4 - Características mecânicas |18 ,20 |

Classe de tensão [kV] Número de saias Carga mínima de ruptura [daN] Comprimento A médio [mm] Distância de escoamento média [mm] Peso aproxim. [kgf] 15 4 4500 340 405 1,3 35 8 4500 510 807 1,5 Notas:

1- Aplicação: estes isoladores são utilizados para ancoragem dos cabos nas estruturas, como uma alternativa para o conjunto de isoladores de disco de porcelana ou vidro. 2- Material: os isoladores poliméricos são fabricados a partir de um bastão (alma) de

fibra de vidro e resina epoxi. Esse bastão é fixado nas ferragens de conexão e, em seguida, aplica-se sobre o conjunto resultante o revestimento isolante em borracha de silicone. As ferragens são de ferro fundido e aço forjado galvanizado por imersão à quente.

(8)

2.3 BRAÇO L

Figura 3 - Braço L (medidas em mm) Notas:

1- Aplicação: o braço L é próprio para fixar o cabo mensageiro por intermédio de um conector, o qual deve ser fornecido juntamente com o braço. A fixação do braço em postes de madeira e de concreto tipo seção duplo T é feita através de parafusos e em poste de concreto seção circular através de cintas.

2- A dimensão média de D é de 356 e 610mm, para as classes de tensão de 15 e 35kV, respectivamente |21 |.

3- Material: aço carbono laminado, alumínio fundido ou ferro fundido nodular ou maleável, devendo, no caso de material ferroso, ser revestido de zinco conforme consta nas NBR 6323 e 8158 |14 ,15 |.

4- Resistência mecânica: o braço L deve suportar as seguintes solicitações de carga |9 |:

- Cargas A em [daN]: nominal - 800; mínima sem deformação permanente -1120; mínima sem ruptura - 1600.

- Cargas B em [daN]: nominal - 500; mínima sem deformação permanente - 700; mínima sem ruptura - 1000.

- Cargas C em [daN]: nominal - 100; mínima sem deformação permanente - 140; mínima sem ruptura - 200.

(9)

2.4 CONECTOR DERIVAÇÃO TIPO CUNHA PARA CABOS COBERTOS

Figura 4 - Conector derivação tipo cunha para cabos cobertos Tabela 5 - Características mecânicas para uso com alguns cabos |9 |

Bitolas dos cabos

[mm2] Dimensões médias [mm] Cor do cartucho

Tronco Derivação A B C D E Aplicação Extração

Capacidade de condução de corrente para ensaio de aquecimento [A] Resistência mínima à tração [daN] 35 35 25,4 31,8 18,0 38,1 9,5 vermelho vermelho 150 90 185 35 45 51 28 54 15 azul vermelho 150 90 185 185 45 51 28 54 15 azul vermelho 410 133

Tabela 6 - Faixas de diâmetros dos cabos a serem utilizados |9 |

Bitolas dos cabos

[mm2] Lado A (tronco) [mm] Lado B (derivação) [mm]

Tronco Derivação Mín. Máx. Mín. Máx.

35 35 7,0 7,5 7,0 7,5

185 35 16,0 16,5 7,0 7,5

185 185 16,0 16,5 16,0 16,5

Notas:

1- Aplicação: estes conectores podem ser empregados em jumper, cruzamento aéreo e conexões de equipamentos, devendo o cabo de bitola maior ser instalado no lado de maior curvatura da cunha. Além disso, tais conectores devem ser fornecidos com uma capa protetora, a qual deve ser resistente a intempéries.

2- Material do conector: liga de alumínio de alta resistência à corrosão, alta condutividade e com tratamento térmico; material da capa: polietileno ou polipropileno, resistente aos raios ultravioletas, à abrasão e ao trilhamento elétrico. 3- Resistência mecânica: quando os cabos forem tracionados com os valores mínimos

da Tabela 5, o conector não deve permitir o escorregamento dos mesmos nem sofrer qualquer deformação permanente ou ruptura.

(10)

2.5 ESPAÇADORES PARA REDE PRIMÁRIA

2.5.1 ESPAÇADOR VERTICAL TRIFÁSICO PARA 15kV

Figura 5 - Espaçador vertical para 15kV (medidas em mm) |9 ,21 |

Tabela 7 - Características elétricas e mecânicas |7 ,21 |

Classe de tensão [kV] Permissivida de dielétrica relativa máxima Tensão mínima suportável de impulso atmosférico [kV] Tensão mínima aplicada de freqüência industrial sob chuva (1 minuto) [kV] Distância mínima de escoamento [mm] (1) Carga mecânica mínima a ruptura (F) [daN] Peso aproxim. [kgf] 15 3,0 110 ( + / - ) 34 280 450 0,7 (1) Entre cabos de fase e entre cabos de fase e mensageiro.

Notas:

1- Aplicação: sustentação e separação dos cabos cobertos na rede compacta, mantendo o nível de isolação elétrica da rede. Deve permitir a fixação dos cabos de fase com diâmetro de até 30mm e cabo mensageiro com diâmetro de até 15 mm |7 |.

2- Material: polietileno de alta densidade ou polipropileno, na cor preta ou cinza claro, resistente a intempéries e ao trilhamento elétrico.