ELETROSUL CENTRAIS ELÉTRICAS S.A. INTERLIGAÇÃO BRASIL - URUGUAI

0a Revisão nas referências 03/12/2010 KCAR/SMMF 03/12/2010 AQ

0 Emissão inicial 05/11/2010 KCAR/SMMF 05/11/2010 AQ N° DISCRIMINAÇÃO DAS REVISÕES DATA CONFERIDO DATA APROVAÇÃO

APROVAÇÃO ELETROSUL CENTRAIS ELÉTRICAS S.A.

ÍNDICE

1.  OBJETIVO ... 3 

2.  LOCALIZAÇÃO DA LINHA DE TRANSMISSÃO E ESTAÇÕES DE COLETA... 3 

3.  CONSIDERAÇÕES GERAIS... 4 

4.  MAPEAMENTO DAS VARIÁVEIS ... 4 

5.  Resumo dos parâmetros ambientais adotados neste estudo ... 5 

6.  REFERÊNCIAS... 7 

7.  ANEXOS ... 8 

Anexo 1 – Temperaturas do Ar... 9 

Anexo 2 - Densidade Relativa do Ar e Fatores de Correção (FCA)... 14 

Densidade Relativa do Ar (DRA) e Fatores de Correção Atmosféricos (FCA)... 15 

Anexo 3 – Altitude e Pressão Atmosférica... 20 

Anexo 4 – Umidades do Ar ... 23 

Umidade Relativa (Urel) e Umidade Absoluta (Uabs) do Ar ... 24 

1. OBJETIVO

Apresentar o mapeamento das variáveis climatológicas de interesse adotados no projeto LT 230 kV, circuito simples, Candiota – Presidente Médici, de 9 km, situada no Rio Grande do Sul, e que fará parte do sistema do sistema de interligação elétrica entre o Brasil e o Uruguai. As metodologias e as fontes dos dados utilizadas como referências para a definição dos valores adotados no projeto e as bases dos dados considerados estão detalhadamente apresentadas nos Anexos deste relatório.

2. LOCALIZAÇÃO DA LINHA DE TRANSMISSÃO E ESTAÇÕES DE COLETA

A linha de transmissão em estudo interliga as subestações Candiota e Presidente Médici e a Figura 2.1 apresenta as vizinhanças da LT em questão e as estações meteorológicas da região que foram consideradas neste estudo. A correspondência numérica com os nomes das estações pode ser observada na Tabela 2.1.

Tabela 2.1 - Características das estações # No Mapa Nome da Estação Latitude (graus) Longitude (graus) Altitude (m) Estado 172 Bagé 54.10 31.33 242 RS 174 Caxias do Sul 51.20 29.17 760 RS 175 Encruz. do Sul 52.52 30.53 428 RS 178 Porto Alegre 51.22 30.02 47 RS 179 Santa Maria 53.70 29.70 95 RS 3. CONSIDERAÇÕES GERAIS

Linhas de transmissão aéreas constituem-se em empreendimentos com dimensões territoriais consideráveis e que, não raro, atravessam áreas com diferentes condições físico-climáticas, resultando numa multiplicidade de elementos climáticos sobre elas atuantes. É portanto relevante, para a execução de um projeto otimizado, que haja a disponibilidade de métodos de inferências capazes de avaliar a evolução espacial das grandezas meteorológicas ao longo da rota da LT em estudo, a partir de coletas convenientemente feitas em estações meteorológicas na mesma região e que quantifiquem igualmente as suas variabilidades temporais.

Como certo número de variáveis ambientais aqui enfocadas é dependente da altitude, o estudo em curso considera também a altitude na região, como forma de dimensionar algumas variações espaciais do clima, através de modelos matemáticos de correlação linear múltipla.

A densidade relativa do ar (DRA) e os fatores de correção atmosféricos (FCAs1_{) não são}

variáveis meteorológicas, no rigor do conceito, mas encontram-se incluídos neste relatório por serem diretamente derivados da temperatura do ar, da pressão atmosférica e, para os FCAs, também da umidade absoluta do ar.

4. MAPEAMENTO DAS VARIÁVEIS

Todos os mapeamentos constantes deste relatório foram realizados pela aplicação de uma superfície matematicamente definida e aderente aos valores das variáveis em cada estação da rede de coleta e obedecendo ao seguinte algoritmo específico:

“Em cada ponto da rede, o valor da variável em estudo é influenciado pelos valores em cada ponto de coleta, ponderados pelo inverso da distância ao ponto genérico".

Acrescente-se que esse algoritmo é clássico quando se trata de modelos de transferência espacial, para fins de mapeamentos2_{. O valor de cada variável meteorológica em}

avaliação ou é medida na própria estação do INMET, como é o caso das temperaturas médias e extremas, ou é inferida por equações de correlação linear múltipla, tal como se aplicou nos casos das DRAs e dos FCAs.

1

ou ainda RIS (Relative Insulation Strength)

2

Tais equações são derivadas da única fonte de informação ora disponível e tratada, do DEPV (Diretoria de Eletrônica e de Proteção ao Vôo) e que, à propósito, foi objetivo de trabalho pioneiro neste tipo de inferência (2), seguido por um aprimoramento natural (8), decorrente da nova versão da Norma IEC - High Voltage Techniques (6).

Esse trabalho concentra seu embasamento em (8), que contém medições horárias ao longo de 10 anos, permitindo a determinação dos valores de 50% e 90% para a DRA, para o FCA de 60 Hz referido a 50% e 99% e, ainda, FCAs para impulsos de manobra ou atmosféricos para 50% e 90%, pois explicita valores médios e respectivos desvios padrão dessas variáveis relevantes.

5. RESUMO DOS PARÂMETROS AMBIENTAIS ADOTADOS NESTE ESTUDO

As Tabelas 5.1 e 5.2 apresentam o elenco de parâmetros climáticos ou ambientais que constituem a base de dados para os estudos da LT em questão. De uma forma genérica, pode-se informar que a base de dados que não velocidades de ventos, provém do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) enquanto a anemometria origina-se de estações do INMET, do Departamento de Eletrônica e Proteção ao Vôo (DEPV) e de estações regionais operadas por diversos organismos coletores.

Tabela 5.1 - Parâmetros climáticos para a LT 230 kV Candiota – Presidente Médici

Parâmetros Climáticos Valores

altitude média - (m) 300

temperatura média (EDT – “everyday temperature”) - (O_{C) 18}

temperatura média das mínimas (coincidente com o vento extremo) –

(O_C) 13

temperatura mínima absoluta – (O_{C) - 4}

temperatura máxima média anual – (O_{C) 23}

temperatura máxima absoluta – (O_{C) 40}

pressão atmosférica média anual – (mbar) 980 DRA 50% / 90% – (pu) 0.98 / 0,95 FCA60 Hz 50% / 99% – (pu) 1,01 / 0,95

FCAmanobra 50% / 90% – (pu) 1,00 / 0,98

FCAatmosférico 50% / 90% – (pu) 1,01 / 0,99

umidade relativa (Urel) – (%) 72

umidade absoluta (Uabs) - (g/m3) 13

nível ceráunico (dias com trovoadas / ano) 60 massa específica do ar (13 °C e altitude 300m) 1,191

Tabela 5.2 - Atividade eólica prevista para a LT 230 kV Candiota – Presidente Médici (12) velocidades do vento período de retorno (anos) / tempo de média velocidades (km/h) velocidades (m/s) vento extremo 150 / 10 minutos 125 34,7 vento de rajada 150 / 3 segundos 195 54,2

vento nominal 50 / 10 minutos 110 30,6

vento reduzido 2 / 10 minutos 60 16,7

ângulo de balanço (largura da faixa) 50 / 30 segundos 140 38,9 ângulo de balanço (tensão máxima

operativa)

30 / 30 segundos 130 36,1

ângulo de balanço (surto de manobra) 2 / 30 segundos 75 20,8

Tabela 5.3 – Pressões devidas ao vento (13)

vento extremo kgf/m2

pressão dinâmica de referência 73 nos condutores 148

nos pára-raios 157 nos isoladores 210 nas estruturas (a 10 m de altura)(GT=1,936) 141

vento de tormentas elétricas kgf/m2

pressão dinâmica de referência 178 nos condutores e pára-raios 44,5

nos isoladores 214 nas estruturas 178

balanço de condutores (h=25 m) kgf/m2

(surto de manobra) vento para 2 anos e 30 segundos 31 (tensão máxima operativa) vento para 30 anos e 30 segundos 94 (largura da faixa de servidão) vento para 50 anos e 30 segundos 109

As pressões indicadas neste relatório referem-se a ventos atuando no sentido transversal às linhas de transmissão e uma análise das pressões devidas aos ventos, de uma forma mais detalhada, pode ser feita através da referência (13).

6. REFERÊNCIAS

1 INMET – Instituto Nacional de Meteorologia – “Normais climatológicas” (1961-1990).

2 Andrade, V. H. G et alli – Dados meteorológicos e parâmetros correlatos que influenciam os isolamentos em ar – Estatística de valores, VII SNPTEE.

3 International Electrotechnical Commission, High Voltage Test Techniques, Publication 60-1, Genève, 1973.

4 Menezes Jr A. A., Silva Filho J. I. - Transferência espacial de informações meteorológicas - Modelos matemáticos. Relatório Técnico CEPEL/1983

5 IEC Publication 60-1 - High Voltage Test Techniques - Part 1: General definitions and test requirements, 1989.

6 IEC Publication 60-1 - High Voltage Test Techniques - Part 1: General definitions and test requirements, 1989.

7 NBR 6936 - Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão, 1992.

8 Azevedo, R. M., Silva Filho, J. I. Andrade, V. H. G., - Fatores de correção atmosféricos aplicados ao dimensionamento de isolamentos em ar - Nova metodologia de cálculo, XVII SNPTEE, 2003

9 NBR 5422 – Projeto de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica. 10 NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas

11 Tomada de Preços DAC N°03/2010 – Anexo II – Especificações Técnicas e Desenhos de Referência, Requisitos Mínimos para Projeto Básico de Linhas de Transmissão, Interligação Brasil – Uruguai, L104-0005-A4

12 Relatório L105-0102-A4 VELOCIDADE DO VENTO preparado para a LT 230 kV, circuito simples,Candiota – Presidente Médici.

13 Relatório L105-0103-A4 CARREGAMENTOS DEVIDOS AO VENTO, preparado para a LT 230 kV, circuito simples, Candiota – Presidente Médici.

Os dados de temperatura utilizados no estudo foram medidos em estações climatológicas operadas pelo INMET3_{, instaladas no estado do Rio Grande do Sul. Nessas estações, as}

temperaturas máximas e mínimas são medidas diariamente e as temperaturas correntes às 12, 18 e 24 horas, referidas ao horário de Greenwich (Greenwich Meridian Time - GMT). No procedimento de operação das estações do INMET, as temperaturas extremas diárias ficam perfeitamente caracterizadas. Já para o cálculo da temperatura média diária, o ideal seria que as medições tivessem uma taxa de amostragem horária ao longo de todo o dia. Para contornar esse problema, obtendo-se valores com erros inferiores a 1 ºC, a temperatura média diária é estimada através da seguinte equação, de uso rotineiro pelo INMET:

5

2

T

T

T

.

T

T









T

máx

T

mín

T

12

T

T

As estatísticas dos valores de temperatura medidos diariamente no período de 1961 a 1990, podem ser consultados em (1). Além disso, os mapeamentos das temperaturas apresentados a seguir correspondem aos valores termométricos tal como medidos pelo INMET, nas suas estações de interesse, e corrigidos pela altimetria identificada no Anexo 3. Assim é que, para cada 100 m de correção na altitude, um decréscimo de 0,4 ºC é feito nos valores das temperaturas. Esta correção de 0,4ºC encontra-se definida por correlação dos valores medidos pelo DEPV4 _{(8) e pelo INMET (1) nas respectivas redes}

mostradas abaixo.

3

INMET - Instituto Nacional de Meteorologia

4

Densidade Relativa do Ar (DRA) e Fatores de Correção Atmosféricos (FCA)

A caracterização da média e do desvio padrão da densidade relativa do ar (DRA) e dos fatores de correção atmosféricos (FCAs), para frequência industrial e impulsos de manobra e atmosféricos, é feita através da medição simultânea a cada hora (série horária) da temperatura do ar, umidade relativa do ar e pressão atmosférica, medidas num período mínimo de 10 anos. As séries horárias de dados disponíveis para o estudo destas variáveis foram obtidas nas estações da Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo (DEPV)5_{, entre os anos de 1961 a 1970, com taxa de amostragem horária.}

O DRA90% corresponde a um maior rigor na aplicação do DRA, particularmente quando da sua utilização nas avaliações do efeito corona e suas manifestações em LTs, através da relação:

DRA90% = DRAmédio - 1,28 desvios-padrão

Para o FCA, caso de 60 Hz, recomenda-se a utilização do valor referido a 99% pois as tensões dessa natureza devem ser suportadas em quaisquer condições atmosféricas, de forma que a qualidade de suprimento energético seja assegurada.

Os mapeamentos das Densidade Relativa do Ar (DRA) e dos Fatores de Correção Atmosféricos (FCA) estão apresentados a seguir.

5

Apesar de não ser uma variável climática, no sentido estrito do termo, a altitude faz parte desse relatório, por ser uma variável geográfica que modifica de forma considerável o comportamento espacial do clima numa região.

Nos casos em que esse modelo de relevo seja insuficiente para bem representar a altitude média da LT, um acréscimo corretivo deve ser introduzido. Essa correção pode ser obtida de mapas que tenham uma melhor aproximação altimétrica do que aquela dada pela rede do INMET. A figura abaixo apresenta o mapa com o relevo aproximado da região de interesse, correspondendo aproximadamente às altitudes das estações da rede do INMET e acrescido da correção já mencionada para retratar a altitude média da LT. Além disso, o ajuste espacial é feito através de uma superfície específica ajustada às altitudes corrigidas da rede. Não se rebuscou um maior requinte no que tange o modelo de altitudes regionais, haja vista que linhas aéreas raramente seguem um itinerário de máximas altitudes, sendo preferencialmente locadas em altitudes médias e em vales. Por oportuno, vale ainda esclarecer que as variáveis que se correlacionam bem com a altitude foram modeladas por correlações lineares múltiplas através dos dados horários do DEPV em 20 estações e essas mesmas equações foram aplicadas às medições das estações do INMET (205 estações) com o direto objetivo de expandir a rede do estudo. Esses são os casos dos mapeamentos das densidades relativas do ar (DRA), dos fatores de correção atmosféricos (FCA) e da umidade absoluta (Uabs).

As pressões atmosféricas apresentadas a seguir correspondem às pressões relatadas em (1) e corrigidas para as altitudes reais da LT, levando em conta que, para fins práticos, cada 8 metros a mais na altitude representa um decréscimo de 1 mbar na pressão atmosférica.

Umidade Relativa (Urel) e Umidade Absoluta (Uabs) do Ar

A umidade relativa (Urel) guarda uma baixa correlação com as variáveis fisiográficas, de

forma que equações de regressão dão somente uma aproximação do valor real. Para contornar a situação, o mapeamento propriamente dito desta variável foi levado a termo por meio de interpolação espacial através de superfície matematicamente definida, tal como descrito nos elementos constantes de (4).

Por outro lado, a umidade absoluta do ar (Uabs), que é relevante para as determinações

dos FCAs, pode ser modelada através da equação6 _{que segue, com base nos dados de}

(8)

lat - latitude (em graus decimais) Uabs = 21,511 - 0,216 lat - 4,536 altkm _alt

km - atitude (em quilômetros)

6

Os mapas constantes deste relatório oferecem ao projetista de LTs recursos ora disponíveis para uma escolha paramétrica tecnicamente justificável no que se refere aos elementos climáticos aqui avaliados estatisticamente. De uma forma geral, os parâmetros recomendados são conservadores e visam garantir um desempenho superior ao mínimo exigido.

Com uma importância de destaque, encontra-se a densidade relativa do ar, caracterizada pelo seu valor médio e DRA90% , que é o valor excedido 90% do tempo, garantindo o que é exigido nos editais da ANEEL. Somente com os mapeamentos exclusivos das médias e dos desvio do DRA, não se torna imediata a identificação do local onde as condições do DRA são as mais adversas, pois a média mínima não coincide, necessariamente, com o máximo desvio padrão do DRA.

Assim sendo, para facilidade de interpretação e escolha, foram traçadas as isolinhas do Anexo 2 que apresenta os valores de DRAmédio e de DRA90% , através da relação

DRA90% =DRAmédio-1,28 desvios-padrão. Os mesmos conceitos se aplicam aos fatores de correção atmosféricos aqui sugeridos ( %

Hz

FCA

% imp

FCA

utilização ainda não esteja regulamentada ou nem mesmo exigida, mas correspondem à prática segura de escolha paramétrica.

As recomendações relativas à quantificação de elementos climáticos constantes deste relatório seguem as orientações e cálculos apresentados basicamente pela referência (8), enquanto que as bases de dados provêm de (1 e 8)

Vale sempre lembrar que (2 e 8) contêm sínteses metodológicas pioneiras que permitiram uma avaliação estatística mais aprofundada quanto a determinados fenômenos, notadamente no que se refere aos percentis da densidade relativa do ar e dos variados fatores de correção atmosféricos aqui considerados, através de modelos objetivando a determinação dos desvios-padrão da DRA e dos FCAs.