Transmissão de Energia Elétrica

Transmissão de Energia Elétrica

A transmissão de energia elétrica é um processo pelo qual a energia elétrica produzida nas usinas é transportada em grandes quantidades por longas distâncias para eventual utilização pelos consumidores. A energia elétrica é enviada das usinas geradoras ao consumidor final por meio de linhas de transmissão. As linhas de transmissão, quando interligadas entre si, tornam-se redes de transmissão.





Essa rede de transmissão, juntamente com as usinas e subestações, é conhecida como ‘rede de transmissão’ ou simplesmente ‘rede’. Uma rede de transmissão típica é mostrada na Figura 1. As redes de transmissão que estão interconectadas em nível nacional são conhecidas como 'Rede Nacional'. A energia é geralmente transmitida dentro de uma rede com corrente alternada trifásica (AC). Devido ao envolvimento de grande quantidade de energia elétrica e devido às propriedades da eletricidade, a transmissão envolvendo longas distâncias normalmente ocorre em alta tensão (33 kV ou acima). A energia elétrica geralmente é transportada para uma subestação perto do ponto de consumo, que é uma área povoada ou um complexo industrial. Na subestação, a energia elétrica de alta tensão é convertida em tensões mais baixas adequadas ao uso do consumidor, e então transportada para os usuários finais através de linha de distribuição elétrica de baixa tensão

Fig 1 Grade de transmissão típica

Eficiência de transmissão e perdas de transmissão

A transmissão de eletricidade em alta tensão reduz a fração de energia perdida para a resistência, que varia dependendo dos condutores específicos, da corrente que flui e do comprimento da linha de transmissão. Para uma determinada quantidade de energia, uma tensão mais alta reduz a corrente e, portanto, as perdas resistivas no condutor. A eficiência de transmissão é melhorada aumentando a tensão de transmissão usando um transformador elevador que tem o efeito de reduzir a corrente nos condutores, mantendo a potência transmitida quase igual à entrada de potência. A corrente reduzida que flui através do condutor reduz as perdas no condutor e uma vez que, de acordo com a lei de Ohms, as perdas são proporcionais ao quadrado da corrente, a metade da corrente resulta em uma diminuição de quatro vezes nas perdas de transmissão. Corrente reduzida significa menos I ² R (quadrado da corrente I multiplicado pela resistência do condutor R) perda no sistema, menos área de seção transversal do cabo condutor elétrico significa menos envolvimento de capital e a corrente diminuída causa melhoria na regulação de tensão do sistema de transmissão de energia e regulação de tensão aprimorada indica qualidade potência. Devido a essas três razões, a energia elétrica é transmitida principalmente em nível de alta tensão.

Portanto, a energia elétrica para ser transportada com eficiência para longas distâncias precisa de altas tensões. Esta tensão pode ser 33 kV, 66 kV, 110 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV ou até mais alta. A tensão do gerador de uma usina elétrica geralmente varia de 11 kV a 25 kV. A energia elétrica gerada é primeiramente transportada do gerador para um transformador na usina. O transformador aumenta a tensão para a tensão da rede. O gerador é então sincronizado com a rede e a energia gerada é transmitida ao consumidor final. Na extremidade do ponto consumidor as linhas de transmissão são conectadas a uma subestação. Aqui os transformadores da subestação alteram a tensão da energia elétrica de alta tensão para um nível mais baixo. Da subestação a energia elétrica de menor tensão é distribuída aos consumidores da energia elétrica através de linhas de distribuição.

Os principais componentes de uma rede de transmissão de energia elétrica são os seguintes.

Subestação

As subestações transformam tensão de alta para baixa, ou vice-versa, ou executam qualquer uma das várias outras funções importantes. A subestação varia em tamanho e configuração. Entre a estação geradora e o ponto consumidor, a energia elétrica pode fluir através de várias subestações em diferentes níveis de tensão.

Uma subestação de transmissão conecta duas ou mais linhas de transmissão. O caso mais simples é quando todas as linhas de transmissão têm a mesma tensão. Nesse caso, a subestação contém chaves de alta tensão que permitem que as linhas sejam conectadas ou isoladas para eliminação de falhas ou manutenção. Uma estação de transmissão normalmente tem transformadores para converter entre duas tensões de transmissão, controle de tensão, dispositivos de correção do fator de potência como capacitores, reatores ou compensadores VAR estáticos e equipamentos como transformadores de mudança de fase para controlar o fluxo de energia entre dois sistemas de energia adjacentes.

As subestações de transmissão podem variar de simples a complexas. Uma pequena "estação de comutação" normalmente consiste em um ônibus mais alguns disjuntores. As grandes subestações de transmissão geralmente são acomodadas em uma grande área (vários hectares) e possuem vários níveis de tensão, muitos disjuntores e uma grande quantidade de equipamentos de proteção e controle (transformadores de tensão e corrente, relés e sistemas SCADA). Subestações modernas são instaladas de acordo com as normas internacionais, como a norma IEC 61850.

As subestações variam em tamanho e configuração, mas podem cobrir vários acres; eles são limpos de vegetação e normalmente cobertos com cascalho. Normalmente são vedados e são alcançados por uma estrada de acesso permanente. Em geral, as subestações incluem uma variedade de estruturas, condutores, cercas, iluminação e outros recursos que resultam em uma aparência “industrial”.

Torres de transmissão

Torres de transmissão  são o componente mais visível do sistema de transmissão de energia. Eles são usados ​​em sistemas AC e DC de alta tensão. Uma torre de transmissão é normalmente uma estrutura de aço alta. Sua função é manter os condutores de alta tensão (linhas de energia) separados de seus arredores e uns dos outros. Existe uma grande variedade de formas, tamanhos e designs de torres que geralmente empregam uma treliça aberta ou um monopolo, mas geralmente são muito altas, com altura variando de 15 m a 55 m e braços cruzados de até 30 m de largura. Além do aço, outros materiais podem ser usados, incluindo concreto e madeira.

Existem quatro categorias principais de torres de transmissão. Eles são suspensão, terminal, tensão e transposição. Algumas torres de transmissão combinam essas funções básicas.

As torres devem ser projetadas para transportar três (ou múltiplos de três) condutores. As torres geralmente são feitas de treliças ou treliças de aço. Os isoladores são discos de vidro ou porcelana montados em fios ou hastes longas cujos comprimentos dependem da tensão da linha e das condições ambientais.

Normalmente, um ou dois fios de aterramento, também chamados de fios de "proteção", são colocados na parte superior para interceptar raios e desviá-los inofensivamente para o solo. As torres de alta e extra alta tensão geralmente são projetadas para transportar dois ou mais circuitos elétricos.

Linhas de transmissão

A energia elétrica é transmitida em alta tensão (110 kV ou acima) para reduzir a energia perdida na transmissão de longa distância. A energia geralmente é transmitida por meio de linhas aéreas. A transmissão subterrânea de energia tem um custo significativamente mais alto e maiores limitações operacionais, mas às vezes é usada em áreas urbanas ou locais sensíveis.

As linhas de transmissão normalmente usam corrente alternada trifásica de alta tensão. A tecnologia de corrente contínua de alta tensão (HVDC) é usada para maior eficiência em distâncias muito longas (normalmente várias centenas de quilômetros). Os links HVDC também são usados ​​para estabilizar contra problemas de controle em grandes redes de distribuição de energia, onde novas cargas repentinas ou apagões em uma parte de uma rede podem resultar em problemas de sincronização e falhas em cascata.

Geralmente, vários condutores são amarrados em uma torre de transmissão para cada circuito elétrico. Os condutores são construídos principalmente de condutores de metal trançado. Condutores aéreos de alta tensão não são cobertos por isolamento. O material do condutor é geralmente condutor de alumínio reforçado com aço (ACSR), que é um tipo específico de condutor trançado de alta capacidade e alta resistência. Os fios externos são feitos de fio de alumínio trefilado duro, fabricado a partir de barras de alumínio eletrolítico com teor de cobre não inferior a 99,5% de grau EC e teor de cobre não superior a 0,04%. A liga de alumínio de alta pureza é escolhida por sua excelente condutividade, baixo peso e baixo custo. Os fios centrais são de aço para a resistência necessária para suportar o peso sem esticar o alumínio devido à sua ductilidade. Isso dá ao condutor uma alta resistência à tração geral. O cobre foi usado anteriormente para transmissão aérea, mas o alumínio é mais leve, produz desempenho apenas marginalmente reduzido e custa muito menos.

Direitos de passagem e estradas de acesso

Os direitos de passagem (ROW) para um corredor de transmissão incluem terra reservada para a linha de transmissão e instalações associadas, necessárias para facilitar a manutenção e evitar riscos de incêndios e outros acidentes. Proporciona uma margem de segurança entre as linhas de alta tensão e as estruturas e vegetação circundantes. Alguma limpeza de vegetação pode ser necessária por motivos de segurança e/ou acesso. Um ROW geralmente consiste em vegetação nativa ou plantas selecionadas para padrões de crescimento favoráveis ​​(crescimento lento e baixas alturas maduras). No entanto, em alguns casos, as estradas de acesso constituem uma parte do ROW e fornecem acesso mais conveniente para veículos de reparo e inspeção. A largura de uma linha varia dependendo da classificação de tensão da linha de transmissão. Estradas de acesso às estruturas de linhas de transmissão para construção e manutenção de linhas são normalmente necessárias e podem ser pavimentadas ou de cascalho.