LINHA DE TRANSMISSÃO 138 KV GUTIERREZ - BARRO PRETO –
CARLOS PRATES – ADELAIDE
R. O. C. Moreira*
W. J. Lee**
F. G. Oliveira**
A.J.O.Lima***
*CEMIG DISTRIBUIÇÃO
**PRYSMIAN ENERGIA CABOS E SISTEMAS DO BRASIL
*** AJOL ENGENHARIA
RESUMO
O presente artigo apresenta algumas das particularidades dos projetos das linhas BH
Gutierrez/BH Barro Preto/BH Carlos Prates/BH Adelaide. Entendemos que esse trabalho seja
uma boa oportunidade para divulgação do conhecimento e experiência aos profissionais
envolvidos com linhas de transmissão subterrânea.
PALAVRAS-CHAVE
Aterramento tipo “cross-bonding”, termitas (cupins), derivação, tensões induzidas pela linha de alta tensão em gasodutos e campo magnético.
1.
INTRODUÇÃO
O sistema composto pelas linhas de transmissão subterrâneas interligando as subestações de BH Adelaide/BH Carlos Prates/BH Barro Preto e BH Gutierrez foi construído no início dos anos 80 em cabos OF (oil filled) com a capacidade de transporte de 150 MVA. Ao longo do tempo estes cabos apresentaram problemas decorrentes do ataque de térmitas (cupins), causando a necessidade de reparos cada vez mais frequentes, elevando os custos de manutenção e aumentando a indisponibilidade das linhas. Somado à necessidade de substituição destes cabos, o crescimento de demanda por energia elétrica decorrente do aumento da densidade populacional na região metropolitana de Belo Horizonte, a CEMIG optou por realizar a substituição dos circuitos, utilizando cabos isolados a seco (XLPE), aumentando a capacidade de transporte de energia elétrica nessa região, bem como proporcionando o aumento da flexibilidade do Sistema de Transmissão de Belo Horizonte.
Estas novas instalações (linhas) foram concebidas para, além do atendimento ao fluxo de carga entre as subestações desse sistema, prover uma alternativa para o fluxo de carga de outras subestações de distribuição, quando da ocorrência de restrições nas subestações de transmissão localizadas na retaguarda deste sistema. Estas subestações de transmissão da retaguarda são supridas por fontes diferentes. Esta configuração provê o sistema metropolitano de maior confiabidade quanto a contingências.
2.
PROJETO DO SISTEMA
2.1
Dados do Sistema Elétrico
Os dados do sistema elétrico para início do detalhamento do projeto encontram-se descritos
na tabela abaixo:
Descrição Especificação
Tensão de operação 138 kV
Tensão máxima 145 kV
Nível básico de impulso 650 kV
Sistema de aterramento BH Adelaide – BH Carlos Prates Cross-bonding Sistema de aterramento BH Barro Preto – BH Carlos Prates Single-point bonding Sistema de aterramento BH Barro Preto – BH Gutierrez Cross-bonding Corrente de curto circuito monofásico e duração 46 kA por 0,5 segundo Corrente de curto circuito trifásico e duração 60 kA por 0,5 segundo
Fator de carga 81 %
Potência máxima em regime permanente de cada circuito 300 MVA Terminais dos cabos na SE BH Adelaide, SE BH Carlos Prates e
SE BH Gutierres
Externo ao tempo
Terminais dos cabos na SE BH Barro Preto Imerso em SF6
2.2
Dados do Cabo
O cabo dimensionado apresenta condutor de cobre seção 1000 mm², o qual é bloqueado longitudinalmente e radialmente contra penetração de umidade. A blindagem metálica é composta por fios de cobre e capa de chumbo com seções compatíveis para suportar as condições de curto-circuito fase-terra do sistema. A capa metálica de chumbo, também, possui a função de proteger o núcleo do cabo contra umidade. A cobertura do cabo é constituída de polietileno de alta densidade (HDPE) contendo grafite para fins de teste elétrico e aditivo contra a ação de cupins.
Na fase central, o cabo possui internamente fibras ópticas para fins de monitoramento térmico. Dois tubos metálicos de aço inox com diâmetro de 1,3 mm contendo internamente 2 fibras ópticas (FIMT) foram aplicados helicoidalmente com os fios de cobre.
2.3
Acessórios de cabos isolados Especiais
As emendas dos cabos isolados foram dotadas de tomadas capacitivas especiais para prover meios de verificação e medição de descargas parciais. Esse dispositivo na emenda é conectado à caixa PDBox (figura 2) por meio de cabos coaxiais que permitem que meções sejam realizadas externamente.
Figura 2: Caixa para sensores PD tripolar
As emendas dos cabos isolados de alta tensão, também, foram preparadas para a saída de fibras ópticas para fins de monitoramento térmico. Considerando que esse sistema foi especificado pela CEMIG para monitorar apenas um cabo, as fibras ópticas deveriam estar sempre presentes na fase central dos circuitos de cabos para melhor confiabilidade do mesmo. Além desse aspecto, foi levado em conta a forma de aterramento cross-bonding. Portanto, era necessário que as emendas dessas fibras ópticas fossem feitas externamente às emendas dos cabos isolados para que as mesmas sempre ficassem posicionadas na posição central. Vale ressaltar que o tubo metálico que protege as fibras ópticas foi interrompido dentro da emenda para evitar desbalanço do sistema cross-bonding.
3.
PROJETO EXECUTIVO DE INSTALAÇÃO
3.1
Escolha da rota
A rota dos novos circuitos de cabos foi definida levando-se em consideração o trafégo intenso de veículos em diversas vias e a quantidade de interferências como tubulações de gás, redes de água, esgoto, energia e telecomunicações encontradas.
Podemos citar, como exemplo, uma intervenção feita pela BHTrans, órgão da prefeitura que controla o trânsito da cidade. Inicialmente, propusemos a passagem dos circuitos de cabos na rua Padre Eustáquio (cerca de 100 metros) sob condição de trabalho durante finais de semana ou noturnos para diminuir o impacto no trânsito na região. Essa rota evitaria a passagem dos cabos na trincheira da avenida Pedro II. A proposta foi recusada pela BHTrans e os cabos foram instalados nesta trincheira com profundidade próxima de 1 metro devido à existência de tirantes que suportam o muro de arrimo próximo.
Figura 4: Rota recusada pela BHTrans Figura 5: Rota de cabos aceita
3.2
Estudo de tensão induzida
No cruzamento da linha BH Barro Preto – BH Gutierrez com a Avenida do Contorno, verificou-se a existência de gasoduto da GASMIG. Portanto, houve a necessidade de verificar se as tensões induzidas pela linha estariam abaixo dos limites recomendados.
A metodologia de cálculo foi desenvolvida a partir dos documentos de referência [1], [2], [3] e [4] considerando um comprimento elementar dl situado a uma distância kip da fase i.
O caso estudado apresenta o seguinte posicionamento:
dEi
2
10
7
I´ln kip r
dl Figura 6: Esquema do cruzamento da linha com gasoduto Gasmig.
Segundo o documento de referência [5], quando as linhas de transmissão estão em regime transitório, ou seja, curto-circuito, o limite de tensão típico suportável para os revestimentos depende de suas características construtivas. Para os revestimentos betuminosos (coal-tar e alfalto) e a base de polímeros é utilizado o limite de 5 kV. Já para os revestimentos a base de epóxi, é utilizada o limite de 3 kV. Em regime permanente, o limite de tensão induzida é de 15 V para qualquer tipo de material. O gasoduto utilizado pela Gasmig nesse local tem revestimento triplo extrudado de polietileno, portanto, o seu limite de tensão induzida durante o curto circuito na LDS Gutierrez – Barro Preto é de 5 kV.
Fixamos um limite de 30 metros para o cálculo da tensão induzida uma vez que para essa distância a tensão induzida será da ordem de 0,00035kV/m e a presença de obstáculos como paredes de prédios reduzem ainda mais o campo magnético.
Abaixo, os resultados dos cálculos:
- Tensão induzida para operação normal considerando 30 metros de duto: E=0,046V
- Tensão induzida para curto circuito trifásico considerando 30 metros de duto: E=1,697V (com tempo de duração de 0,5 segundo)
- Tensão induzida para curto circuito monofásico considerando 30 metros de duto: E=12,986V (com tempo de duração de 0,5 segundo)
3.3
Derivação para SE BH Calafate
Este empreendimento foi submetido à nova regra de construção de redes subterrâneas em vias públicas impostas pela Prefeitura de Belo Horizonte denominada Chamamento Público, onde todas as concessionárias (energia, água, gás, telefonia, etc) são informadas que as vias onde seriam instaladas essas novas redes não poderiam sofrer intervenções por cinco anos. Esse novo procedimento fez com que o projeto de derivação para subestação BH Calafate na linha BH Barro Preto – BH Gutierrez fosse antecipada a este empreendimento para evitar futuras intervenções nesta via. Futuramente essa linha em questão transformaria em duas após esta dervação, ou seja, BH Gutierrez – BH Calafate e BH Calafate – BH Barro Preto.
A solução adotada foi construção de duas caixas de emendas do tipo manhole. Desta forma, não haveria necessidade de intervenção (obra civil) para construção de um trecho pequeno de linha e execução de emendas.
O ponto de derviação escolhido foi emenda E3, pois tratava-se de um ponto de aterramento do sistema crossbonding, ou seja, a linha em questão não seria afetada por desbalanceamento deste sistema de aterramento após acoplamento de um novo trecho.
Figura 7: Croqui da Etapa 1 (inicial) Figura 8: Croqui da Etapa 2 (final)
Figura 9: Detalhe da caixa de emenda – Posição final
3.4
Cálculo do campo magnético
Houve grande preocupação quanto aos valores de campo magnético que esta linha poderia gerar quando em carga máxima (300 MVA), pois havia combinação do sistema de aterramento do tipo
Os cálculos foram feitos conforme documento de referência [6] e os resultados estão indicados no gráfico da figura 11.
Figura 10: Croqui da instalação considerado no cálculo
4.
COMENTÁRIOS E CONCLUSÃO
Analisando os resultados das tensões induzidas geradas pelo circuito de cabo isolado nos gasodutos, fica nítido que a instalação da linha BH Gutierrez – BH Barro Preto não apresenta riscos ao gasoduto da Gasmig instalado na Avenida do Contorno. O pior caso é no curto-circuito monofásico, quando o valor da tensão induzida não chega a 1% do limite estabelecido para esse gasoduto.
Quanto ao campo magnético, em qualquer ponto da superfície e acima desta, os valores calculados para a corrente nominal de projeto são menores que o valor máximo limite especificado pela Lei Federal 11934. Este valor atualmente é de 83,3 micro-Tesla.
Face todas as dificuldades mencionadas como subsolo com grande quantidade de interferências, tráfego intenso de veículos e o Chamamento Público da Prefeitura de Belo Horizonte, os projetos civil e eletromecânico foram totalmente adaptados de modo a contornar esses problemas.
