Linha de alta tensão

Linhas de alta tensão são linhas de transmissão de energia elétrica por longas distâncias. Como as perdas na transmissão são menores, quanto maior a tensão elétrica utilizada para a transmissão e quanto menor a corrente elétrica transmitida com ela, menores as perdas na transmissão com potência elétrica constante , eles operam com tensões acima de 10  kV até cerca de 1  MV .

Linhas de alta tensão na Alemanha (fotografadas na A8 perto de Kirchheim u. Teck). Esquerda: linha de 110 kV com quatro grupos de sistema e um fio terra . Os dois sistemas na parte superior usam escadas de feixe com duas cordas, os dois sistemas na travessa inferior usam cordas simples. Direita: Linha com dois grupos de sistema, 380 kV, três condutores por fase em um feixe e dois cabos de aterramento

Linhas Aéreas

sinal de aviso

Em muitos países, as linhas de alta tensão são construídas principalmente como linhas aéreas , pois na maioria dos casos são mais baratas, mais fáceis de manter e com menos perdas do que cabos subterrâneos e submarinos . As linhas de alta tensão são normalmente operadas com corrente alternada trifásica , o que, em comparação com a transmissão em tensão contínua , oferece a vantagem de uma simples mudança de tensão com transformadores . Porque para poder transmitir alta potência elétrica com baixas perdas, são necessárias altas tensões. Por outro lado, a transmissão de tensão alternada - especialmente em longas distâncias - também acarreta maiores perdas de transmissão devido aos efeitos capacitivos e indutivos .

Os cabos condutores de corrente são fixados em mastros com isoladores . Os cabos condutores geralmente são constituídos por fios de alumínio , que apresentam alta condutividade elétrica , além de um núcleo de aço, que garante alta resistência mecânica à tração . As cordas não têm isolamento próprio, são nuas e isoladas apenas pelo ar circundante. A resistência da linha é determinada pela seção transversal das linhas e pela condutividade elétrica do material usado.

Uma corrente máxima de cerca de 2  kiloamps pode ser transportada por cabo condutor . A melhoria na eficiência de transmissão com tensões mais altas devido a uma perda ôhmica relativamente menor é oposta por outras perdas, como a devido à descarga corona . As linhas de extra alta tensão para a transmissão de energia elétrica em longas distâncias têm predominantemente uma tensão de 380 kV.

Em contraste com cabos subterrâneos adequadamente isolados, no entanto, as linhas aéreas de alta tensão representam um risco aumentado, uma vez que arcos elétricos já são possíveis com a abordagem sem contato e estes (com amperagem suficiente) podem ferir gravemente pessoas ou outros seres vivos ou causar incêndios em objetos . Portanto, devem ser observadas as distâncias de segurança recomendadas , que aumentam com o aumento da tensão.

Perdas de transmissão

Quando a energia é transmitida em linhas de alta tensão, as perdas ocorrem principalmente por meio da resistência ôhmica da linha e, em menor grau, por meio de descargas corona .

Ao operar uma linha trifásica de alta tensão , sua potência reativa também deve ser compensada ( compensação de potência reativa ). O requisito de potência reativa da linha resulta da carga de capacitância e indutância, que, entre outras coisas, depende da forma dos postes da linha aérea , do arranjo do condutor no poste e da seção transversal do condutor. Os valores típicos das capacidades operacionais para linhas de alta tensão de 380 kV estão na ordem de grandeza de 5 nF / km a 10 nF / km; valores mais altos são usuais para níveis de tensão mais baixos. No entanto, ao contrário dos cabos, as camadas de indutância predominam nas linhas aéreas. Para manter o mesmo requisito de energia reativa em todos os condutores, as linhas aéreas são equilibradas por mastros giratórios em intervalos regulares.

Para compensar a corrente reativa na linha, os transformadores de potência têm compensadores de energia reativa estática especiais nos enrolamentos terciários , pelo que a corrente reativa no início da linha causa perdas ôhmicas adicionais no condutor e, assim, reduz o componente de corrente geral da linha . Uma compensação de potência reativa da linha existe quando a potência natural é transmitida, o que significa que a impedância da carga corresponde à impedância característica da linha. Quanto mais alto for o nível de tensão, com aproximadamente a mesma capacidade operacional, maior será a necessidade de energia reativa de uma linha de alta tensão, razão pela qual a tensão operacional superior não é limitada apenas por perdas, como descargas de corona na operação de tensão CA. A rede de 380 kV é, portanto, implementada quase exclusivamente na forma de linhas aéreas, os cabos subterrâneos são usados ​​apenas em casos excepcionais e em curtas distâncias.

Com a transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) tecnicamente mais complexa , não há potência reativa devido à tensão contínua. O HVDC é usado onde ocorrem altas capacidades operacionais relacionadas à construção ao longo da linha, como cabos subterrâneos de alta tensão e, especialmente, cabos submarinos . Outra área de aplicação é a transmissão de energia elétrica com tensão máxima em longas distâncias.

Perdas ôhmicas

Exemplo de perdas de energia em uma linha

Dado: resistência de linha ${\ displaystyle R}$

Poder real transferido e poder aparente${\ displaystyle P}$ ${\ displaystyle S}$

${\ displaystyle I = {\ frac {S} {U}} = {\ frac {P} {U \ cdot \ cos \ varphi}}}$

${\ displaystyle P _ {\ text {loss}} = I ^ {2} \ cdot R = \ left ({\ frac {P} {U \ cdot \ cos \ varphi}} \ right) ^ {\! 2} \! \ cdot R}$

d. Isso significa que a perda de potência diminui com o quadrado da tensão para a mesma potência efetiva . Porém, quanto maior for a tensão, maior será o custo do isolamento . As perdas de transmissão são em torno de 6% por 100 km com uma linha de 110 kV e podem ser reduzidas para cerca de 0,5% por 100 km com linhas de extra-alta tensão de 800 kV.

Descarga Corona

Tensão CA do sinus:
1 = amplitude / valor de pico
2 = valor de pico-vale
3 = valor efetivo
4 = duração do período

As linhas de extra alta tensão são operadas no âmbito do sistema de rede europeu (anteriormente "rede UCTE") com tensões de até 1,15 vezes a tensão nominal , que é especificada como valor efetivo . Em um sistema de 380 kV, isso leva a uma tensão operacional de até 437 kV; a forma senoidal usada resulta em um valor de pico de cerca de 620 kV entre os condutores. Sempre que esse valor de pico é alcançado, a intensidade do campo elétrico ao redor da linha é tão grande que a rigidez dielétrica do ar é quase atingida. O ar na vizinhança imediata do condutor é então ionizado , ou seja, fracamente condutor, e a energia é perdida. Como esse efeito é particularmente pronunciado nas pontas , a intensidade do campo nesses pontos é reduzida por anéis corona . Quanto maior o raio de curvatura, menor a intensidade do campo elétrico na superfície e a descarga corona resultante . Com a ajuda da câmera corona , o componente de luz ultravioleta das descargas corona pode ser registrado opticamente.

Outro meio de reduzir o pico de descarga é aumentar o raio de curvatura do cabo, conectando dois a quatro cabos individuais em paralelo para formar um feixe de condutores . Os condutores individuais do condutor de feixe são mantidos a uma distância exata uns dos outros por espaçadores. O raio aumentado do conjunto do condutor reduz a intensidade do campo elétrico na superfície do feixe do condutor.

Apesar de todas essas medidas, as perdas devido às descargas corona aumentam consideravelmente acima de uma tensão de operação de 500 kV. Para a descarga corona, a tensão entre o condutor e o potencial de terra é particularmente decisiva. Em redes trifásicas, essa tensão é menor pelo fator de concatenação do que a tensão especificada entre dois condutores externos. Para linhas de extra-alta tensão de 380 kV, é de 220 kV, por exemplo. ${\ displaystyle 1 / {\ sqrt {3}}}$

Descargas corona levam à emissão de flashes de luz ultravioleta que são invisíveis para os humanos. No entanto, muitos animais podem perceber a luz ultravioleta. Isso é visto como uma causa para alguns animais evitarem linhas de alta tensão.

Cabos subterrâneos e submarinos

Além das linhas aéreas, há também a opção de instalar linhas de alta tensão subterrâneas em distâncias relativamente curtas de até alguns 10 km como cabos subterrâneos ou dutos isolados a gás (GIL). Isso se aplica principalmente a níveis de tensão superiores com tensões operacionais de 380 kV e acima. A uma frequência de rede de 50 Hertz (ou seja, com corrente alternada ), os cabos subterrâneos podem ter no máximo 70 km de comprimento, porque as correntes reativas capacitivas tornam-se muito grandes com comprimentos maiores .

Os cabos submarinos são preferidos para a transmissão de altas tensões em longos trechos de água ; Nesse caso, o método para transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) com tensões entre 100 kV e 1 MV é frequentemente usado para neutralizar perdas devido a alta capacitância ao usar corrente alternada. Em contraste com os sistemas trifásicos, não existem tensões padrão nos sistemas HVDC. ± 500 kV (ou seja, 1 MV entre os condutores de ida e volta) foram implementados várias vezes.

Supercondutores de alta temperatura

Usando GdBa ₂ Cu ₃ O _{7-δ em} vez de cobre e preenchendo um duto de cabo com nitrogênio líquido , foi possível desenvolver supercondutores de alta temperatura que demonstram quase 70% mais condutividade do que os cabos anteriores. Espera-se que cheguem ao mercado em 2020. ^{[desatualizado]}

Linhas de alta tensão na Alemanha

As informações a seguir referem-se ao valor eficaz da tensão linha a linha entre os condutores. Deve ser feita uma distinção entre a tensão nominal e a chamada tensão de operação mais alta, que pode ser aplicada permanentemente. As tensões nominais usuais na Alemanha são:

• Voltagem média
  • 10 kV / 20 kV / 30 kV / 35 kV
  • 15 kV (área da antiga RDA , principalmente em desmantelamento)
  • Linha aérea de 15 kV (com uma frequência de 16,7 Hz)

Mastro de suspensão da linha de força de tração / quadro de distribuição de força de tração de Neckarwestheim - ponto de alimentação central Stuttgart-Zazenhausen (linha com feixes de quatro)

Junção dupla 380 kV perto de Aßlar para conectar uma junção a Dillenburg (à esquerda) e a estação de transformador local à linha Dauersberg-Gießen de 380 kV

Linhas diferentes

• Alta voltagem
  • 60 kV (raramente na Alemanha, mas ainda em algumas redes de cabo)
  • 65 kV (STEAG, Saarland)
  • 110 kV (linhas aéreas, corrente de tração )

• Na rede de transmissão, as tensões nominais no nível da tensão máxima são:
  • 220 kV
  • 380 kV

Linhas significativas / especiais

• Linha de força ferroviária Neckarwestheim - Zazenhausen , 1977, única linha de força ferroviária com quatro feixes
• Linha 110 kV Lauchhammer - Riesa , 1912, a primeira linha de alta tensão a entrar em operação na Europa com 110 kV
• Linha norte-sul Bürs / Tiengen - Brauweiler, 1929, linha de rede mais antiga do mundo e a primeira linha com 220 kV
• 380 kV Etzenricht - linha Hradec , 1992, até 1995 a única linha na Alemanha que não estava sincronizada com a rede UCPTE
• 380 kV Transversale Berlin , 1970, linha de alta tensão projetada como uma linha aérea e cabo subterrâneo no centro da cidade de Berlim
• Linha de 380 kV Wolmirstedt –Greifswald, década de 1970, a linha de energia mais longa da Alemanha
• HVDC Baltic Cable , 1994, o maior cabo submarino da Europa e a maior tensão de transmissão na Alemanha com 450 kV
• Linha 380 kV Lübeck-Siems - Lübeck-Herrenwyk (Cabo Báltico), a única linha 380 kV não conectada ao resto da rede 380 kV
• HVDC Kontek , 1996, conexão de cabo subterrâneo e submarino de 400 kV entre Bentwisch e Bjæverskov Sogn (Dinamarca)
• Linha de 380 kV Mecklar-Vieselbach, 1995, feixes de quatro no lado de Hessian, feixes de três e outras construções de mastros na Thuringian, conexão síncrona das redes elétricas da Alemanha Oriental e Ocidental.
• Linha de 110 kV Wolkramshausen - Subestação Neuhof , construída em 1985, encerrada em 1990: foi uma das poucas linhas de energia do interior da Alemanha que passou a fronteira da zona, supostamente a primeira linha de 110 kV de dois circuitos da rede de eletricidade do interior da Alemanha , mas foi fechada para baixo após a reunificação. Os mastros do lado da Turíngia ainda estão lá e podem ser reconectados a qualquer momento.

Linhas de alta tensão na Suíça

Linha de transmissão de alta tensão na área de Zurique

Os níveis de tensão habituais na Suíça são 380, 220, 110 e 50 kV. Hoje o fornecimento de energia é garantido em todo o território nacional com linhas de alta tensão de 380 kV. Quando a cidade de Zurique começou a obter eletricidade de Graubünden , uma nova linha de alta tensão de cerca de 120 quilômetros foi necessária. Eles não tinham experiência no transporte de eletricidade por distâncias tão grandes. Hoje essa rota é projetada para 380 kV em toda a sua extensão.

Nas décadas de 1950 e 1960, as usinas do nordeste suíço construíram suas linhas idênticas de 380 kV Bonaduz -Breite (perto de Nürensdorf ), Tavanasa-Breite (chamada de pré-descarga ), Breite- Beznau e Beznau- Laufenburg . Os mastros foram construídos muito baixos para as condições de hoje. Já no final dos anos 1960 e 1970, esforços foram feitos para construir mastros o mais alto possível e para fazer melhor uso da área sob gestão. As linhas da rede de transporte (380 e 220 kV) com uma extensão de 6.700 km são integralmente propriedade da empresa nacional de redes de transporte Swissgrid , que também opera a área de controle CH dentro da rede elétrica europeia, desde 2014 .

Linhas significativas / especiais

• a linha de alta tensão mais longa da Suíça entre Laufenburg e Creux-de-Chippis ,
• a linha Gotthard ,
• a linha Lukmanier ,
• a derivação preliminar ,
• a linha Sils - Fällanden da EWZ.

Linhas de alta tensão na Áustria

Trabalhando em um mastro perto de Kaprun , Áustria

Linhas de 110 kV, 220 kV e 380 kV em Himberg, Áustria

Também na Áustria , a rede de alta tensão é composta pelos níveis de tensão 380 kV, 220 kV e 110 kV. A rede de 380 kV na Áustria não está totalmente expandida, mas dividida em vários segmentos que são conectados entre si por meio de linhas de 220 kV. Por razões históricas, o nível de 220 kV é usado, entre outras coisas, nas usinas das usinas austríacas do Danúbio (DOKW). A parte ocidental da rede de 380 kV em Vorarlberg e no Tirol Ocidental é usada principalmente para a troca de eletricidade entre os estados vizinhos da Alemanha, Itália e Suíça e, como em Vorarlberg, é diretamente atribuída à área de controle da EnBW Energie Baden-Württemberg .

A maior área de controle oriental da Áustria, que é operada pela Austrian Power Grid AG (APG), inclui todos os estados federais, exceto Vorarlberg. O anel de alta tensão planejado de 380 kV forma a alimentação central. Além de fornecer energia para a área metropolitana ao redor de Viena, a rede de 380 kV também serve para trocar eletricidade entre os países vizinhos da República Tcheca , Hungria e Eslovênia no sul. A operadora de rede de distribuição Wien Energie Stromnetz tem uma rede de 380 kV em combinação com uma rede de distribuição de malha fina de 110 kV na área urbana como o nível de tensão máximo na capital federal Viena. O nível 220 kV não é utilizado na capital federal. Na primavera de 2006, foi colocada em operação a alimentação norte de 400 kV em Viena , que, além da alimentação sul na subestação Sudeste de Viena, representa uma segunda conexão ao anel nacional de alta tensão de 380 kV.

Recursos específicos do país

Linha de transmissão de alta tensão através da área urbana de Istambul

Linhas aéreas para 735 kV no Canadá

Extravagantes torres de transmissão perto de Pavia, Itália

Na Alemanha, Áustria e Suíça, as operações ferroviárias são principalmente  adaptadas para operação com corrente alternada monofásica de 15 kV e 16 ² ⁄ ₃ Hz (a frequência, entretanto, foi definida para a fração decimal de 16,7 Hz). Por esta razão, também existem linhas de força de tração separadas nesses países, além das linhas de força trifásicas de longa distância usuais para garantir o abastecimento nacional com este sistema de energia . Ferrovias elétricas que usam o sistema difundido de corrente alternada monofásica com 25 kV / 50 Hz poderiam teoricamente ser fornecidas a partir do sistema trifásico de 50 Hz, mas isso geralmente não é feito porque distribuições de carga altamente assimétricas podem ocorrer nas linhas de longa distância do sistema trifásico.

Na Europa Central, as linhas de alta tensão em áreas urbanas densamente povoadas são quase exclusivamente implementadas como sistemas de cabos subterrâneos, mesmo que sua operação seja mais dispendiosa do que as linhas aéreas. Na Turquia, como a travessia do Bósforo em Istambul, as linhas de alta tensão também passam por áreas urbanas como linhas aéreas.

Na Alemanha, tanto na RDA como na República Federal da Alemanha , quase nenhum mastro delta foi erguido. A razão é que os mastros delta oferecem apenas espaço para um sistema trifásico, enquanto os mastros cilíndricos e os mastros do Danúbio podem acomodar dois sistemas trifásicos independentes. Eles podem ser operados independentemente um do outro, o que é importante em caso de mau funcionamento ou trabalhos de manutenção. No caso de mastros delta, duas rotas separadas com uma necessidade de espaço correspondentemente maior devem ser fornecidas para dois sistemas trifásicos independentes, o que é um problema especialmente em regiões rurais densamente povoadas. Na RDA, quase todas as linhas no nível 110 e 220 kV foram colocadas em mastros com um arranjo de nível único com dois cabos de aterramento. Na Grã-Bretanha, por outro lado, quase todas as linhas de alta tensão são colocadas em postes com um arranjo de três níveis .

Nos EUA, as linhas com tensões acima de 100 kV (até 345 kV) às vezes são colocadas em mastros de madeira ou plástico com uma barra transversal isolante . A rede elétrica é operada em várias sub-redes que não estão sincronizadas entre si. Em muitos países escassamente povoados com pouca agricultura, as linhas são parcialmente colocadas em mastros de portal ancorados por corda .

Na província de Québec , Canadá, existe uma extensa rede trifásica de corrente alternada operada pela Hydro-Québec com uma tensão nominal de 735 kV e 315 kV .

Especificações de tensão para linhas de alta tensão

As especificações de tensão na rede de alta e extra alta tensão sempre se relacionam com os valores nominais da tensão da rede. Estes são especificados nas regras de rede e sistema dos operadores de sistema de transmissão alemães em 110, 220 e 380 kV, dependendo do nível de tensão . Na diretriz europeia para operação de rede de transmissão, faixa de tensão de 0,90 pu - 1,118 pu para operação normal da rede na rede de 110 kV e na rede de 220 kV e faixa de tensão de 0,90 pu na rede de 380 kV - 1,05 pu definir. Isso significa que as seguintes tensões são permitidas em operação normal:

• Rede de 110 kV: 99 kV - 123 kV
• Rede 220 kV: 198 kV - 246 kV
• Rede de 380 kV: 342 kV - 399 kV

Tensão de transmissão mais alta

A linha trifásica Ekibastus - Kökschetau no Cazaquistão é uma linha aérea que é operada com a tensão alternada trifásica mais alta de 1.150 MV entre os condutores externos.

Uma linha de teste HVDC para 1,33 MV foi construída perto de Celilo, Oregon , EUA. Era para se tornar parte de uma linha de corrente contínua de 1,33 MV entre Celilo e Hoover Dam , mas nunca foi construída. A tensão DC mais alta para um sistema em uso é atualmente ± 1100 kV (2,2 MV entre os dois condutores) O UHVDC entre Changji, China e Xuancheng, perto de Hangzhou, China com capacidade de transmissão de aproximadamente 12000 MW.

Características técnicas / construção de linha aérea

A 91,7 km de linha longa sobrecarga sobre o rio Águia na Floresta Nacional Tongass no Sudeste do Alasca liga o Lago Tyee estação de energia com a estação de energia Swan Lake Dam via 243 postes . A linha foi construída com helicópteros sem construção de estradas. Os mastros de doze lados foram encaixados por pressão em suportes cônicos que foram ancorados por meio de perfurações de rocha. O maior vão da linha (2,1 km) requer uma força de tração de 66,7 kN para o cabo condutor  .

Veja também

• Mastro de linha aérea

literatura

• Rene Flosdorff, Günther Hilgarth: Distribuição de energia elétrica . 8ª edição. Teubner, 2003, ISBN 3-519-26424-2 . 

Links da web

Wikcionário: linha de alta tensão  - explicações de significados, origens das palavras, sinônimos, traduções

• Localização e rota de linhas de alta tensão no mapa de infraestrutura aberta
• helmholtz.de : "Por que as linhas de alta tensão zumbem"

Evidência individual

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