Utilização de Cabos Bimetálicos em Redes Primárias e

Utilização de Cabos Bimetálicos em Redes
Primárias e Secundárias de Periferia
H.Takayanagi e A.V.Barbosa, L.Zamboni, J.A.Cipoli, A.B.Borelli, M.A.Marco, E.D.B. Nogueira,
N.Simão e B.E.M.Ferreira
I. INTRODUÇÃO
Resumo - Este trabalho apresenta o desenvolvimento de
pesquisa visando viabilizar a utilização de condutores
bimetálicos nas fases e no neutro das redes de distribuição
de energia elétrica.
Os constantes furtos de cabos de alumínio e cobre das fases
e em especial do neutro para venda como sucata, que ocorrem principalmente nas áreas rurais e na periferia de
grandes centros urbanos, tem demonstrado a vulnerabilidade das redes de distribuição.
Estes furtos têm como conseqüência: perda no faturamento, gastos com reposição, proteção contra sobrecorrente
ineficiente e aumento nos índices de interrupção aos clientes.
O uso de condutores bimetálicos, que são fios de aço cobertos por uma camada de alumínio ou cobre, é uma alternativa que contribui para solucionar o problema, pois suas
características elétricas são semelhantes às dos condutores
usuais a um custo competitivo.
Na concepção dos condutores bimetálicos, fios e cabos
objetivou-se conciliar tecnicamente as melhores qualidades
pertinentes aos materiais utilizados, extraindo do cobre e
do alumínio as melhores características de transmissão e
resistência à corrosão e do aço a excelente resistência à
tração mecânica e elevado ponto de fusão.
O mais importante é que, atualmente não se conhece um
método economicamente viável para separar o alumínio ou
o cobre do aço, o que dificulta a comercialização do cabo
bimetálico no mercado paralelo.
O estudo mostrou que, com relação aos níveis de curtocircuito, o cabo bimetálico não difere significativamente do
cabo padrão, mostrando ser adequado para utilização em
redes de distribuição.
O cabo bimetálico mostrou-se adequado tecnicamente
(elétrica e mecânica) para utilização em redes compactas
em substituição ao neutro e cabo mensageiro simultaneamente.
O desempenho dos condutores bimetálicos nas redes de
distribuição foi e está sendo avaliado pela Bandeirante e
pela Universidade Mackenzie em parceria com a Coppersteel, fabricante dos condutores bimetálicos.
Devido às propriedades intrínsecas do condutor bimetálico, as perdas são mais significativas, quando comparadas
com os condutores de alumínio. Esta pesquisa visa conciliar a camada de alumínio ou de cobre que venha a minimizar as perdas, e viabilize economicamente o uso em substituição aos condutores convencionais.
O projeto tem obtido resultados promissores á utilização
dos condutores bimetálicos em substituição aos condutores
comuns, e tem mostrado ser uma solução cabível, técnica e
economicamente, para o problema de furtos de condutores.
Palavras Chave – Condutores Bimetálicos,
Distribuição de Energia, Furto de condutores.
A utilização de condutores de alumínio em circuitos primários e secundários de distribuição em regiões
de periferia das cidades e em circuitos primários de
distribuição na área rural tem resultado em diversas
ocorrências de furto destes condutores, tendo como
conseqüência à interrupção do fornecimento de energia
elétrica.
O furto de cabos elétricos tem crescido em diversas regiões do País, em especial pela facilidade com que
o material - alumínio ou cobre - é recolocado no mercado, depois de passar por indústrias de fundição.
Segundo a ABRADEE [1] o furto de condutores é
um problema presente em todas as empresas associadas.
Os furtos se concentram principalmente nos condutores neutro, porém, ultimamente, tem-se notado um
aumento significativo nos furtos dos condutores das
fases, com a rede energizada, demonstrando haver conhecimento técnico por parte de quem executa o furto.
Embora ocorram com maior freqüência na zona rural em estradas pouco movimentadas e de longa extensão –
ultimamente, os ladrões estão arriscando suas ações na
zona urbana e em vias de grande movimentação (marginais, rodovias, etc.).
Durante o furto pode ocorrer curto circuito com
conseqüentes danos aos transformadores de distribuição
e a equipamentos dos consumidores.
Além de provocar interrupções de eletricidade, que
podem afetar hospitais, indústrias, escolas, etc., a ação
desses criminosos pode causar acidente com pessoas,
pois deixam os cabos pendurados, que em alguns casos
permanecem energizados, oferecendo perigo a todos
que dele se aproximarem.
Quando ocorre o furto somente do condutor neutro
e de seus aterramentos, em parte da rede de distribuição,
outros problemas podem ocorrer tanto na operação da
rede em regime permanente (desequilíbrios de carga que
evoluem para desequilíbrios de tensão), quanto na ocorrência de defeitos (curto-circuito) que envolvem a terra.
Com a redução/eliminação do furto dos condutores
da rede e dos condutores de descidas de aterramento, as
melhorias esperadas são:
- A redução do FEC/DEC e do FIC/DIC.
- O aumento da segurança das pessoas, considerando
que o sistema multi aterrado da distribuição terá
maior confiabilidade.
- O aumento da segurança devido à redução de quedas de condutores da rede primária que não sensibilizam a proteção, na ausência do neutro da rede de
distribuição.
-
Redução dos custos de reposição da rede, quando
da ocorrência de furto de condutores.
A redução do índice de rompimento de condutores
da rede de distribuição primária e secundária pela
utilização de condutor com maior tensão de ruptura
e maior temperatura de fusão.
II. PESQUISA ALTERNATIVA AOS CONDUTORES
DE ALUMÍNIO E COBRE
Em função do exposto anteriormente, pesquisou-se
junto ao fabricante Coppersteel Bimetálicos Ltda. a
possibilidade do desenvolvimento de condutores alternativos ao de cobre e ao de alumínio, que pudessem ser
empregados como condutor na rede de distribuição.
Na concepção dos condutores bimetálicos, fios e
cabos objetivou-se conciliar tecnicamente as melhores
qualidades pertinentes aos materiais utilizados, extraindo-se do cobre e do alumínio as melhores características
de transmissão e resistência à corrosão e do aço a excelente resistência à tração mecânica e elevado ponto de
fusão.
No processo produtivo dos condutores bimetálicos
verifica-se que o aço utilizado é do tipo carbono ABNT
(SAE-1010 / SAE-1035 ou SAE 1070) e que o vergalhão de aço cobre ou aço alumínio é obtido pelo processo de caldeamento a alta temperatura na linha CLAD
LINE, ou por processo de extrusão contínua, denominada CONCLAD onde, após criterioso processo de limpeza, o alumínio é aplicado sobre o aço com aderência
garantida e comprovada em ensaios de torção mecânica.
Observa-se na interface da soldagem que ocorre uma
fusão molecular entre o núcleo de aço e a camada de
cobre ou alumínio. Não se conhece processo mecânico,
térmico ou químico que promova a separação dos materiais, e, esta característica faz com que os receptadores
abominem este tipo de material, pois, a sua introdução
nos processos de refusão provoca a total contaminação
dos metais.
Para a análise de utilização deste tipo de condutor
em substituição aos condutores de cobre ou de alumínio
da rede de distribuição a Bandeirante Energia em parceria com a Universidade Mackenzie desenvolveu um
projeto de P &D denominado “UTILIZAÇÃO DE
CABOS BIMETÁLICOS EM REDES PRIMÁRIAS E
SECUNDÁRIAS DE PERIFERIA”.
c) Construir redes pilotos com os condutores bimetálicos especificados visando a avaliação de sua performance.
d) Desenvolver modelos de cálculo para simulação
em condições de defeito de correntes de curto circuito,
sub e sobretensões, tempos de atuação dos equipamentos de proteção utilizados para redes trifásicas a 4 fios,
utilizando condutores bimetálicos.
e) Desenvolver modelos de cálculo para a simulação em regime permanente de fluxo de potência e queda
de tensão para redes trifásicas a 4 fios, utilizando condutores bimetálicos. Destaca-se a existência de redes que
apresentam comportamentos distintos conforme sejam
redes com transformadores de distribuição na ligação
triângulo-estrela (em que não há corrente de neutro na
rede primária mesmo com a presença do condutor de
neutro) ou redes com transformadores monofásicos ou
banco de 2 ou 3 monofásicos (delta aberto ou fechado).
f) Desenvolver metodologia para o cálculo do custo benefício na utilização de condutores bimetálicos em
redes primárias e secundárias de periferia.
IV. EXECUÇÃO DE PROJETOS PILOTO
Visando especificar condutores bimetálicos que
causem o menor impacto possível nos atuais critérios de
projeto e de construção de redes de distribuição, após a
identificação dos consumidores de periferia bem como
dos circuitos típicos utilizados para o seu atendimento,
as equipes técnicas da Bandeirante e do Mackenzie,
definiram dois locais potenciais, com histórico de furto
de condutores, para a execução de projetos piloto com
esses condutores conforme detalhado a seguir:
A. Circuito piloto 1
Circuito vis-à-vis entre os alimentadores Guararema 1302 e Santa Branca 1304, com extensão aproximada de 2,2 Km, constituído por trecho primário trifásico
com condutores 336.4 MCM e neutro com condutor 1/0
AWG, onde 1 Km desse circuito teve seus condutores
furtados.
III. OBJETIVOS DO PROJETO
O projeto de P&D teve por objetivos:
a) Desenvolver junto a fabricantes especificação de
condutor bimetálico que causem o menor impacto possível, mecânico e elétrico, nos atuais critérios técnicos
de projeto e de construção de redes de distribuição.
b) Desenvolver modelos de cálculos para o projeto
eletro-mecânico de rede de distribuição utilizando o
condutor bimetálico.
Figura 1. Circuito Piloto 1.
B. Circuito piloto 2
Circuito situado em Jundiapeba - Mogi das Cruzes,
constituído por trecho primário de aproximadamente
300 m com condutor 1/0 AWG com dois transformado-
res de distribuição e respectivos ramais secundários,
constituindo uma boa configuração para o estudo da
utilização de condutores multiplexados e nus nos secundários de cada uma das ET’s respectivamente.
Figura 2. Circuito Piloto 2
V. DEFINIÇÃO DOS CONDUTORES BIMETÁLICOS A SEREM UTILIZADOS
A equipe técnica da Bandeirante, Mackenzie e
Coppersteel, baseada nos circuitos piloto escolhidos
conforme itens anteriores, e estudos desenvolvidos
definiu os tipos de condutores bimetálicos técnica e
economicamente mais adequados aos padrões de rede
da Bandeirante.
Os tipos de condutores utilizados (bitola, porcentagem IACS, etc.) foram:
- Em substituição ao condutor Tulip 336,4 MCM,
optou-se por utilizar o condutor de aço aluminizado 300
MCM - AS7N4 (7 fios 4 AWG) com 53% IACS de
condutividade com uma capacidade de condução de
corrente de 509 A em regime permanente (75° C) e 685
A em regime de sobrecarga (125° C).
- Em substituição aos condutores Phlox 3/0 AWG
e/ou Penguin 4/0 AWG, optou-se por utilizar o condutor
de aço aluminizado AS3N2 (3 fios 2 AWG) com 53%
IACS de condutividade com uma capacidade de condução de corrente de 409 A em regime permanente (75° C)
e 550 A em regime de sobrecarga (125° C).
- Em substituição ao condutor Poppy e Raven 1/0
AWG, optou-se por utilizar o condutor de aço aluminizado AS3N5 (3 fios 5 AWG) com 53% IACS de condutividade com uma capacidade de condução de corrente
de 262 A em regime permanente (75° C) e 352 A em
regime de sobrecarga (125° C).
- Em substituição ao condutor Swan 4 AWG, optou-se por utilizar o condutor de aço aluminizado
AS1N4 (1 fio 4 AWG) com 40% IACS de condutividade com uma capacidade de condução de corrente de 125
A em regime permanente (75° C) e 166 A em regime de
sobrecarga (125° C).
- Para utilização em circuitos secundários multiplexados, optou-se por utilizar os condutores aluminizados multiplexados de 16 mm² e 35 mm² com 30% IACS
de condutividade e uma capacidade de condução de
corrente de 130 A e 205 A respectivamente, a 75°C.
- Nas descidas de aterramento de equipamentos e
pára-raios definiu-se o fio de aço cobreado CS4 AWG.
VI. ANÁLISE DO DESEMPENHO DA PROTEÇÃO
UTILIZANDO O CONDUTOR BIMETÁLICO COMO
NEUTRO DA REDE
Através da interface Smallworld – PTI que permite
ao usuário do SIT (Sistema de Informações Técnicas)
no Smallworld GIS (Geographic Information System)
integrar o cadastro do sistema elétrico da Bandeirante às
capacidades de análise de sistemas de potência do conjunto de bibliotecas de software do Power System Simulator Engines, as ferramentas de análise de sistema de
distribuição podem interagir com ferramentas em ambiente GIS, para realizar simulações de sistema de potência, curto-circuito e análises de partida de motores, que
integram a biblioteca básica do PSS/Engines.
Para avaliar os impactos da substituição de condutores convencionais por condutores bimetálicos no neutro de circuitos de distribuição, simulamos com as ferramentas acima descritas defeitos na rede sob diversas
configurações, visando avaliar os reflexos da sua utilização quanto aos níveis de curto circuito e ao comportamento da proteção, quando comparados com os cabos
3/0, 1/0 e 4. Os resultados obtidos são apresentados na
Tabela I a seguir.
TABELA I
Correntes de Curto - Circuito (A)
Fase - Terra
Fase - Terra - Z
Fase
Neutro
1Km
10Km
1Km
10Km
3580,3
876,4
197,4
182,5
3/0
896,1
197,4
182,4
3N2-53% 3616,3
336
3534,5
846,8
197,3
181,4
1/0
841,3
197,2
180,6
3N5-53% 3530,6
3329,4
676,1
195,3
165,8
1/0
1/0
705,3
195,4
166,7
3N2-53% 3403,1
669,5
195,2
165,2
3N5-53% 3321,6
2737,0
406,5
190,9
138,4
4
4
405,7
190,9
138,7
1N4-40% 2718,6
Impedância de Falta: Z = 40 Ohms
Tensão F-T: 7,97 kV
Corrente: Ampéres
Condutor
Os resultados obtidos mostram que as variações
são desprezíveis para o curto circuito fase terra mínimo
em qualquer das combinações, bem como para o curto
fase terra máximo. Os estudos de proteção devem levar
em conta estas variações na corrente, no entanto, verifica-se que os valores para curto fase-terra mínimo são
próximos, indicando como satisfatórios os valores encontrados na aplicação do cabo bimetálico.
VII. APLICAÇÃO DO CABO ALUMINIZADO
COMO NEUTRO E MENSAGEIRO DE REDE
COMPACTA
Outro ponto analisado no projeto foi o estudo da
substituição do cabo mensageiro (cabo de aço utilizado
para sustentação da rede compacta) pelo cabo de aço
aluminizado, utilizando-se este último como neutro e
mensageiro simultaneamente, reduzindo assim material
e mão de obra, na execução desse padrão de rede.
TABELA III – CURTO FASE TERRA MÁXIMO
Condutor
Padrão
Antigo
1km
Figura 3. Neutro Mensageiro
3/0
3N2-53%
1/0
3N5-53%
1/0
3N2-53%
3N5-53%
1Km
3674,7
3649,2
3614,9
3560,3
3413,1
3451,4
3363,8
10Km
913,6
899,9
871,2
839,9
695,5
718,3
676.,6
1Km
197,1
197,1
196,9
196,8
195,1
195,3
195,1
10Km
179,9
179,9
178,2
177,5
165,0
166,4
164,4
3/0
3909,9
1052,2
197,0
180,3
3N2-53% 3869,9
3780,7
1/0
3N5-53% 3685,5
3549,2
1/0
Spacer
3N2-53% 3638,9
70mm²
3N5-53% 3468,0
Impedância de Falta: Z = 40 Ohms
Tensão F-T: 7,97 kV
Corrente: Ampéres
1031,4
956,3
902,6
734,4
782,6
707,4
197,1
196,8
196,8
195,1
195,3
164,4
180,6
178,1
177,6
164,8
167,0
164,4
Padrão Novo
Padrão Antigo
Fase
Spacer
185mm²
Spacer
70mm²
Spacer
185mm²
Neutro
Correntes de Curto - Circuito (A)
Fase - Terra
Fase - Terra - Z
As tabelas III e IV a seguir mostram os tempos de
atuação de disjuntores, religadores e elos fusíveis para
as correntes calculadas considerando:
- Disparo de fase do disjuntor – 600 A
- Disparo de terra do disjuntor – 150 A
- Disparo de fase do religador – 350 A
- Disparo de terra do religador – 70 A
- Curva de atuação – Normal inversa com alavanca
de tempo 2 para qualquer equipamento.
Novo
10km
3413 0,17 0,17 0,018 0,019 0,023 0,03 0,043
AS 3N2 3639 0,17 0,17 0,016 0,017 0,018 0,028 0,04
AS 3N5 3468 0,17 0,17 0,018 0,019 0,022 0,03 0,043
1/0
695,5 1,069 0,766 0,05 0,059 0,081 0,144 0,326
AS 3N2 782,6 1,002 0,736 0,05 0,056 0,073 0,123 0,251
AS 3N5 707,4 1,058 0,761 0,052 0,058 0,079 0,141 0,31
3/0
3675 0,17 0,17 0,016 0,017 0,018 0,027 0,039
1/0
3615 0,17 0,17 0,016 0,017 0,019 0,028 0,04
AS 3N2 3870 0,17 0,17 0,014 0,014 0,016 0,025 0,037
3/0
913,6 0,93 0,701 0,046 0,053 0,063 0,097 0,186
1/0
871,2 0,953 0,712 0,047 0,054 0,067 0,103 0,197
AS 3N2 1031 0,881 0,676 0,043 0,05 0,059 0,086 0,156
AS 3N5 902,6 0,933 0,704 0,047 0,053 0,064 0,098 0,189
TABELA IV – CURTO FASE TERRA MÍNIMO
Condutor
Padrão
F-T-Z
Fase Neutro
Antigo
1km
Novo
1km
Antigo
10km
Novo
10km
Antigo
1km
Novo
1km
Antigo
10km
Novo
10km
Spacer 70
Condutor
Antigo
10km
1/0
Tempo de atuação dos equipamentos
de proteção
Dis- Reli- Elo Elo Elo Elo Elo
juntor gador 10k 15k 25k 40k 65k
AS 3N5 3686 0,17 0,17 0,016 0,017 0,018 0,027 0,039
Spacer 70
TABELA II
Novo
1km
Spacer 185
Através do Power System Simulator Engines, a
equipe simulou defeitos na rede compacta considerando
o padrão atual e o novo padrão (cabo de aço aluminizado como neutro e mensageiro simultaneamente), visando avaliar os reflexos relativos aos níveis de curto circuito e ao comportamento da proteção, incorrendo em
valores muito próximos quando comparados os dois
padrões, como pode ser observado na tabela II a seguir.
Spacer 70
Novo
10km
Spacer 185
Antigo
10km
Spacer 185
Novo
1km
Spacer 70
Fase Neutro
Antigo
1km
1/0
Tempo de atuação dos equipamentos
de proteção
Dis- Reli- Elo Elo Elo Elo Elo
juntor gador 10k 15k 25k 40k 65k
195,1 5,439 1,519 0,113 0,272 0,684 2,727 27,6
AS 3N2 195,3 5,439 1,519 0,113 0,272 0,684 2,727 27,6
AS 3N5 164,4 15,38 1,795 0,142 0,338 1,101 5,862 131,9
1/0
165 14,82 1,787 0,141 0,337 1,087 5,772 123,4
AS 3N2 167 12,8 1,76 0,139 0,331 1,039 5,45 94,3
AS 3N5 164,4 15,38 1,795 0,142 0,338 1,101 5,862 131,9
3/0
197,1 5,277 1,508 0,112 0,269 0,668 2,638 26,22
1/0
196,9 5,277 1,508 0,112 0,269 0,668 2,638 26,22
AS 3N2 197,1 5,277 1,508 0,112 0,269 0,668 2,638 26,22
AS 3N5 196,8 5,277 1,508 0,112 0,269 0,668 2,638 26,22
Spacer 185
Neutro e
Mensageiro
Bimetálico
F-T
3/0
179,9 7,918 1,641 0,128 0,3 0,846 4,248 43,55
1/0
178,2 8,219 1,652 0,129 0,303 0,857 4,353 46.73
AS 3N2 180,6 7,918 1,641 0,128 0,3 0,846 4,248 43,55
AS 3N5 177,6 8,219 1,652 0,129 0,303 0,857 4,353 46.73
Os valores de correntes encontrados estão dentro
da capacidade de corrente em curto circuito especificada
para os condutores.
Os resultados obtidos indicam não haver variação
significativa nos níveis de curto-circuito, bem como nos
tempos de atuação da proteção, principalmente quanto
aos equipamentos automáticos (religador e disjuntor)
quando da aplicação do cabo bimetálico no novo padrão
de rede compacta.
VIII. TESTE DE CAMPO COM FIO DE AÇO
COBREADO 4 AWG
O fio bimetálico foi utilizado nas interligações da
garra de linha viva, chave fusível, pára-raios, transformador, e descida de aterramento.
Figura 4. Interligações com fio de aço cobreado
Nesta aplicação não foram constatadas dificuldades na utilização do condutor bimetálico acima especificado.
De acordo com os custos apurados, a adoção do fio
bimetálico em substituição ao fio de cobre, representa
uma economia aproximada 2,38%, que justifica a sua
adoção em substituição ao condutor de cobre.
IX. ANÁLISE DO DESEMPENHO DA PROTEÇÃO
UTILIZANDO O CONDUTOR BIMETÁLICO COMO
FASE DA REDE
Para avaliar os impactos da substituição de condutores convencionais por condutores bimetálicos nas
fases de circuitos de distribuição, simulamos através do
Power System Simulator Engines, defeitos na rede sob
diversas configurações, visando avaliar os reflexos da
sua utilização quanto aos níveis de curto circuito e ao
comportamento da proteção. Os resultados obtidos são
apresentados na Tabela V a seguir.
TABELA V – SIMULAÇÃO DA REDE PILOTO
Correntes de Curto - Circuito (A)
Fase - Terra
Fase - Terra - Z
Fase
Neutro
1Km
10Km
1Km
10Km
3423,1
755,7
196,4
173,5
3/0
749,2
196,4
173,6
3N2-53% 3405,8
3N2-53%
3369,0
727,5
196,2
172,3
1/0
709,3
196,2
171,9
3N5-53% 3326,9
3174,1
589,9
194,3
158,8
1/0
3N5-53%
579,4
194,3
158,5
3N5-53% 3137,7
2200,8
278,4
186,5
118,5
4
1N4-40%
278,6
186,6
118,7
1N4-40% 2193,7
Impedância de Falta: Z = 40 Ohms
Tensão F-T: 7,97 kV
Corrente: Ampéres
Condutor
Os resultados obtidos mostram que as variações
são desprezíveis para o curto circuito fase terra mínimo
em qualquer das combinações, bem como para o curto
fase terra máximo quando se utiliza o cabo 1n4 como
condutor fase. Quanto ao curto fase-terra máximo utilizando-se os condutores fase de bitola AS3N5 53% ocorre uma redução no valor de corrente de 12,7% em relação ao condutor fase 1/0 e ocorre uma redução no valor
de corrente de 31,5% quando comparamos o condutor
AS1N4 40% com o 4 AWG. Os estudos de proteção
devem levar em conta estas reduções, no entanto, verifica-se que os valores para curto fase-terra mínimo são
próximos, indicando como satisfatórios os valores encontrados na aplicação do cabo bimetálico.
A. Simulação de Circuito Piloto
Para avaliar os impactos da instalação de condutores bimetálicos nas redes primárias e secundárias de
periferia, simulamos no Sistema de Informações Técnicas os fluxos de potência da rede primária e secundária
do circuito bimetálico a ser construído em Jundiapeba –
Mogi das Cruzes conforme especificado em 4.B.
Circuito Primário:
Comparando os níveis de tensão do circuito bimetálico com o circuito convencional observamos em
ambas simulações, devido o baixo valor da corrente
primária, típica em ramais de periferia, praticamente os
mesmos níveis de tensão.
Na analise das perdas do circuito primário com
condutores convencionais e com condutores bimetálicos, observamos nos dois casos, que a perda de energia
ativa devido à baixa corrente primária, é irrelevante.
Circuito Secundário:
De forma análoga para o circuito secundário, como
pode ser observado na tabela VI, os níveis de tensão
observados nas simulações com condutores multiplexados convencionais e com condutores multiplexados
bimetálicos encontram-se dentro dos limites permitidos
e como esperado com a utilização do condutor bimetálico em substituição ao condutor convencional, temos um
acréscimo na perda total na rede secundária.
TABELA VI – SIMULAÇÃO DO CIRCUITO SECUNDÁRIO
Circuito
Min
V
Alumínio
Bimetálico
124
119
Total
Branch Power
P (kW) Q (kVAr)
8.354
4.104
8.588
4.134
Total
Losses
P (W)
Q (Var)
133,78
122,82
367,45
152,93
A tabela VI mostra os resultados do fluxo de potência do circuito secundário no momento da demanda
máxima (período noturno). Adotando um fator de carga
(Fcarga) de 0,35 característico para consumidores residenciais por faixas de consumo, conforme especificado
na norma da Bandeirante, NTBD 2.01.0 - Projeto de
Redes de Distribuição Aérea Secundária, e procedendo
ao cálculo do fator de perdas conforme proposto no
Distribution Systems – Westinghouse (Fator de Perdas =
0,3*Fcarga + 0,7*Fcarga²) teremos mensalmente no
circuito convencional uma perda de 25,52 W e no circuito utilizando condutores bimetálicos uma perda de
70,09 W o que equivale a um acréscimo de carga de
44,57 W no circuito.
X. IMPLANTAÇÃO DE PROJETOS PILOTO
Através das simulações, os condutores bimetálicos estudados mostraram-se tecnicamente adequados
para utilização em redes primarias e secundárias de
periferia. Para se avaliar em campo as propriedades
eletromecânicas dos condutores bimetálicos utilizados
nas fases e no neutro das redes de distribuição de periferia, foram implantados circuitos piloto conforme descrito a seguir:
A. Implantação do Circuito Piloto 1.
Com a participação de representantes da Coppersteel, Bandeirante e do Mackenzie foi implantada a
utilização de condutores bimetálicos do circuito vis-àvis entre os alimentadores Guararema 1302 e Santa
Branca 1304, figura 5. Sendo executadas as seguintes
atividades:
Lançamento de 1.500m de condutor bimetálico:
1.000m em 8 vãos (3 fases);
500m em 12 vãos (1 fase);
27 amarrações;
12 encabeçamentos e
9 tensionamentos.
Figura 5. Circuito Piloto 1
Uma importante dificuldade observada durante a
instalação do referido condutor foi relativa ao seu peso,
que dificultou as atividades de sua elevação à cruzeta,
tensionamento e encabeçamento.
Observou-se ainda que o laço pré-formado utilizado na instalação do condutor bimetálico (mesmo laço
utilizado para condutor 336) somente se ajusta perfeitamente ao condutor quando o mesmo é tensionado.
O circuito piloto com condutores bimetálicos,
instalado em local onde anteriormente ocorreu reincidência de furto de condutores, permaneceu energizado
por um período de aproximadamente 6 meses e, posteriormente passou a alimentar definitivamente várias cargas. Tal fato vem reforçar o acerto na aplicação de condutores bimetálicos visando a redução de furto de condutores e, também confirma que quem pratica o furto
tem conhecimento técnico, porque após a instalação do
bimetálico o furto no local cessou.
Visando avaliar o impacto da corrente no condutor bimetálico, foi realizada inspeção no local, com a
utilização dos equipamentos de termo-visão e ultra-som
na rede piloto, verificando funcionamento normal do
circuito no trecho com condutor bimetálico.
B. Implantação do Circuito Piloto 2.
Com a participação de engenheiros da Bandeirante e do Mackenzie, foi implantado projeto piloto no
distrito de Jundiapeba, figura 6, sendo executadas as
seguintes atividades:
Foram lançados 1500 m de condutor bimetálico
AS7N4 53% IACS em 12 vãos de aproximadamente 40
m cada. Implicando na execução de 12 pontos de ancoragem, 6 tensionamentos, 30 encabençamentos, e 30
amarrações. Foram substituídas três cruzetas que se
encontravam em mau estado. Com a adoção do condutor bimetálico AS7N4 53% IACS a dificuldade de manuseio anteriormente encontrada devido ao peso do
condutor AS7N4 30% IACS foi contornada.
XI. CONCLUSÕES
A. Utilização do Condutor Bimetálico como Neutro.
Figura 6. Circuito Piloto 2
Lançamento de 255 m de condutor primário em 3
vãos (3 fases); 6 amarrações; 6 encabeçamentos e 6
tensionamentos. Lançamento de 400m de condutor
secundário em 4 vãos (3 fases + Neutro); 12 amarrações; 8 encabeçamentos e 8 tensionamentos. Lançamento de 145m de condutor multiplexado em 5 vãos; 4
amarrações; 4 conexões; 1 ponto mecânico;1 encabeçamento; 1 tensionamento e 3 ramais.
O estudo mostrou que, com relação aos níveis de
curto-circuito, os condutores bimetálicos especificados
não diferem significativamente do cabo neutro padrão,
mostrando ser adequados para utilização como neutro
de redes de distribuição.
B. Rede Compacta
O cabo bimetálico mostrou-se tecnicamente adequado (elétrica e mecanicamente) para utilização em
redes compactas em substituição ao neutro e ao cabo
mensageiro simultaneamente.
C. Implantação do Circuito Piloto 3.
C. Descidas de Aterramento
Tendo em vista os desenvolvimentos tecnológicos na fabricação de condutores bimetálicos com maior
condutividade IACS e a dificuldade de execução observada na implantação do circuito piloto 1 (onde um trecho furtado de 1 km foi reposto com condutor bimetálico AS7N4 (7 fios 4AWG) com 30% IACS de condutividade) devido ao peso elevado do condutor bimetálico
(870,5 kg/km) que dificultou a tarefa de tensionamentoencabeçamento dos condutores, decidiu-se por avaliar
neste circuito piloto, figura 7, um condutor bimetálico
mais leve, AS7N4 com 53% IACS de condutividade
(518 kg/km). Sendo executadas as atividades descritas a
seguir:
Figura 7. Circuito Piloto 3
Na utilização do condutor bimetálico nas descidas de aterramento não foram encontradas dificuldades
de manuseio e, de acordo com os valores apurados, a
adoção do fio bimetálico em substituição ao fio de cobre
implica numa redução de 2,38%, justificando-se a sua
adoção em substituição ao condutor de cobre.
D. Simulação e implantação de redes piloto
Os resultados obtidos nas simulações de rede em
regime e em condições de defeito, bem como na implantação de circuitos piloto mostraram que os condutores
bimetálicos são aplicáveis para utilização nas fases e no
neutro de circuitos típicos de periferia da área de concessão da Bandeirante.
XII. REFERÊNCIAS
[1] Resumo dos Problemas referentes a Furtos de Condutores ABRADEE - Março de 2004 (dados da Cemig, Eletropaulo, CPFL,
Piratininga, Copel, Bandeirante, Grupo Rede e Light).
[2] PROTEÇÃO DE SISTEMAS AÉREOS DE DISTRIBUIÇÃO.
COLEÇÃO DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, EDITORA
CAMPUS/ ELETROBRÁS, 1982.
[3] ELETROBRÁS - Coleção Distribuição de Energia Elétrica Volume 7 – “ATERRAMENTO E PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÕES EM SISTEMAS AÉREOS DE DISTRIBUIÇÃO”.
[4] CIPOLI, JOSÉ ADOLFO – “ENGENHARIA DE DISTRIBUIÇÃO”.
[5] BANDEIRANTE NTBD 2.02.0 – “PROJETOS DE REDES DE
DISTRIBUIÇÃO AÉREA PRIMÁRIA”.
[6] BANDEIRANTE NTBD 2.01.0 – “PROJETOS DE REDES DE
DISTRIBUIÇÃO AÉREA SECUNDÁRIA”.
[7] BANDEIRANTE - PD 4.008 – “REDES DE DISTRIBUIÇÃO
AÉREA EM CABOS BAIXA TENSÃO PRÉ-REUNIDOS”.
[8] WESTINGHOUSE – “ELETRIC UTILITY ENGENEERING
REFERENCE BOOK – DISTRIBUTION SYSTEMS”.