No que tange aos aspectos físicos das LTs, responda:
Descreva os tipos mais comuns de geometria de cabos condutores.
Descreva os tipos mais comuns de geometria de cabos condutores.
Passo 1
O enunciado pede para eu descrever os tipos mais comuns de geometria de cabos condutores nas LTs (linhas de transmissão) — ou seja, quais arranjos espaciais e configurações de condutores são usados nas linhas aéreas, com suas características práticas e físicas. A imagem enviada parece mostrar uma linha trifásica; eu peguei da imagem que há
fases (trifásica) e, aparentemente, agrupamentos (bundles) de condutores em cada fase e anéis metálicos (possíveis anéis de gradação/corona). Não tenho certeza dos detalhes exatos da imagem (por exemplo número exato de subconductores por fase), mas usei essa observação apenas como referência visual.
Passo 2
O que significa “geometria de cabos condutores”?
Explicação didática curta: é a posição relativa dos condutores no espaço (distâncias entre fases, disposição vertical/horizontal/triangular, presença de subconductores agrupados — “bundles”, fios de guarda no topo etc.). Essa geometria determina propriedades elétricas importantes da LT (indutância por metro, capacitância por metro, impedância característica, tendência à descarga coronária, acoplamento entre fases, comportamento em faltas e equilíbrio de tensões). Em prova, quando pedirem “descrever geometrias”, espere listar arranjos + explicar vantagens/desvantagens físicas (campo elétrico, corona, reatância, tensões de fuga, mecânica).
Explicação didática curta: é a posição relativa dos condutores no espaço (distâncias entre fases, disposição vertical/horizontal/triangular, presença de subconductores agrupados — “bundles”, fios de guarda no topo etc.). Essa geometria determina propriedades elétricas importantes da LT (indutância por metro, capacitância por metro, impedância característica, tendência à descarga coronária, acoplamento entre fases, comportamento em faltas e equilíbrio de tensões). Em prova, quando pedirem “descrever geometrias”, espere listar arranjos + explicar vantagens/desvantagens físicas (campo elétrico, corona, reatância, tensões de fuga, mecânica).
Passo 3
Geometria 1 — condutor simples por fase (single conductor) em arranjo horizontal (plano)
Descrição: os três condutores das fases estão dispostos numa linha quase horizontal, separação entre fases relativamente grande.
Vantagens e usos: simples, barato, comum em tensões mais baixas (ex.: linhas de distribuição e algumas linhas de transmissão de menor tensão). Facilita montagem e manutenção.
Desvantagens físicas: maior campo elétrico local por condutor (maior probabilidade de corona) se a tensão for alta; maior reatância por fase em comparação com bundles; menor capacidade de corrente por condutor único.
Descrição: os três condutores das fases estão dispostos numa linha quase horizontal, separação entre fases relativamente grande.
Vantagens e usos: simples, barato, comum em tensões mais baixas (ex.: linhas de distribuição e algumas linhas de transmissão de menor tensão). Facilita montagem e manutenção.
Desvantagens físicas: maior campo elétrico local por condutor (maior probabilidade de corona) se a tensão for alta; maior reatância por fase em comparação com bundles; menor capacidade de corrente por condutor único.
Passo 4
Geometria 2 — condutor simples por fase em arranjo vertical (pilha)
Descrição: os três condutores são empilhados verticalmente, com um acima do outro.
Vantagens: torre mais estreita (menor faixa de servidão horizontal), bom para travessias onde largura é restrita.
Desvantagens físicas: maior acoplamento entre fases adjacentes verticalmente (pode aumentar desequilíbrios), maior influência de correntes de curto-circuito verticais. Também sujeito a maiores forças de vento/ice dependendo da orientação.
Descrição: os três condutores são empilhados verticalmente, com um acima do outro.
Vantagens: torre mais estreita (menor faixa de servidão horizontal), bom para travessias onde largura é restrita.
Desvantagens físicas: maior acoplamento entre fases adjacentes verticalmente (pode aumentar desequilíbrios), maior influência de correntes de curto-circuito verticais. Também sujeito a maiores forças de vento/ice dependendo da orientação.
Passo 5
Geometria 3 — arranjo triangular (equilátero / compact triangular)
Descrição: os três condutores formam um triângulo aproximadamente equilátero (às vezes compactos numa formação triangular).
Vantagens físicas: simetria entre fases (menos desequilíbrio entre parâmetros), bom compromisso elétrico (distâncias fase-fase iguais), usado frequentemente em linhas de transmissão para reduzir desequilíbrios de capacitância e indutância.
Desvantagens: a torre pode ser mais complexa para suportar a disposição; em algumas situações precisa de espaçamento maior para controle de corona.
Descrição: os três condutores formam um triângulo aproximadamente equilátero (às vezes compactos numa formação triangular).
Vantagens físicas: simetria entre fases (menos desequilíbrio entre parâmetros), bom compromisso elétrico (distâncias fase-fase iguais), usado frequentemente em linhas de transmissão para reduzir desequilíbrios de capacitância e indutância.
Desvantagens: a torre pode ser mais complexa para suportar a disposição; em algumas situações precisa de espaçamento maior para controle de corona.
Passo 6
Geometria 4 — arranjo delta / zig-zag / espaçado assimétrico
Descrição: fases não equidistantes, por exemplo duas próximas e a terceira mais afastada; também inclui arranjos em “V” ou em delta quando se busca otimizar mecânica.
Vantagens práticas: pode reduzir altura da torre ou adaptar-se a restrições topográficas.
Desvantagens físicas: parâmetros elétricos (indutância, capacitância) ficam desequilibrados entre fases, exigindo transposição ou outros cuidados; campo elétrico irregular pode aumentar perdas e interferências.
Descrição: fases não equidistantes, por exemplo duas próximas e a terceira mais afastada; também inclui arranjos em “V” ou em delta quando se busca otimizar mecânica.
Vantagens práticas: pode reduzir altura da torre ou adaptar-se a restrições topográficas.
Desvantagens físicas: parâmetros elétricos (indutância, capacitância) ficam desequilibrados entre fases, exigindo transposição ou outros cuidados; campo elétrico irregular pode aumentar perdas e interferências.
Passo 7
Geometria 5 — condutores agrupados (bundled conductors) —
,
,
, ou mais subconductores por fase
Descrição: cada fase é formada por subconductores paralelos, espaçados por uma pequena distância por meio de espaçadores. Exemplos práticos: bundle de
(duplex),
(triplex),
,
.
Por que se usa (física intuitiva): agrupar reduz o campo elétrico máximo em torno de cada condutor (diminuindo descarga corona) e aumenta a “raio elétrico efetivo” da fase, o que reduz a indutância por unidade de comprimento e o coeficiente de reatância da linha; aumenta capacidade de corrente (maior seção total) sem elevar o diâmetro de um único fio. Também melhora a estabilidade e permite maior transmissão em linhas de alta tensão (ex.: normalmente usa bundles).
Conceito importante (GMR): o efeito elétrico do bundle é capturado por um valor chamado Geometric Mean Radius (GMR) ou raio efetivo ; quanto maior o
, menor a indutância por metro. Uma fórmula importante (usada em provas) para a indutância por unidade de comprimento de uma fase é a seguinte:
Descrição: cada fase é formada por
Por que se usa (física intuitiva): agrupar reduz o campo elétrico máximo em torno de cada condutor (diminuindo descarga corona) e aumenta a “raio elétrico efetivo” da fase, o que reduz a indutância por unidade de comprimento e o coeficiente de reatância da linha; aumenta capacidade de corrente (maior seção total) sem elevar o diâmetro de um único fio. Também melhora a estabilidade e permite maior transmissão em linhas de alta tensão (ex.:
Conceito importante (GMR): o efeito elétrico do bundle é capturado por um valor chamado Geometric Mean Radius (GMR) ou raio efetivo
onde
é a permeabilidade do vácuo,
é a distância geométrica média entre fases (função das separações) e
é o GMR (raio efetivo) da fase (aumenta quando há bundle). Explique o que cada variável significa ao usar essa fórmula:
é constante física,
mede o espaçamento entre as fases levando em conta as três distâncias, e
é um valor que descreve o “tamanho elétrico” do condutor ou bundle.
Passo 8
Geometria 6 — linhas bifásicas/duplo circuito (duas circuitos sobre a mesma torre)
Descrição: na mesma torre/estrutura existem circuitos completos (cada circuito com
fases), totalizando
condutores de fase. Disposição pode ser em duas fileiras horizontais, duas fileiras verticais, ou em arranjos separados lateralmente.
Efeitos físicos: forte acoplamento entre circuitos (mutual inductance e capacitance); pode aumentar complexidade nas proteções e em estudo de curto-circuito; exige cuidado no arranjo para minimizar interferências (às vezes usa-se transposição e espaçamentos bem calculados). Vantagem: economia de servidão e estruturas.
Descrição: na mesma torre/estrutura existem
Efeitos físicos: forte acoplamento entre circuitos (mutual inductance e capacitance); pode aumentar complexidade nas proteções e em estudo de curto-circuito; exige cuidado no arranjo para minimizar interferências (às vezes usa-se transposição e espaçamentos bem calculados). Vantagem: economia de servidão e estruturas.
Passo 9
Fios de guarda / fio terra (shield wires / OPGW) e sua geometria
Descrição: fios de guarda normalmente situados no topo das torres, acima das fases (podem ser ou
fios). Hoje muitas linhas usam OPGW (Optical Ground Wire) que combina fio terra com fibra óptica.
Função física: proteção contra descargas atmosféricas (raios), condução de corrente de descarga para terra, redução da probabilidade de impacto direto nos condutores de fase. A presença e a posição desses fios também alteram o campo e as correntes de descarga.
Descrição: fios de guarda normalmente situados no topo das torres, acima das fases (podem ser
Função física: proteção contra descargas atmosféricas (raios), condução de corrente de descarga para terra, redução da probabilidade de impacto direto nos condutores de fase. A presença e a posição desses fios também alteram o campo e as correntes de descarga.
Passo 10
Implicações elétricas e práticas da geometria (o que o examinador quer que você saiba)
- Corona e perdas: condutor único com raio pequeno e tensão alta → maior probabilidade de corona; bundles reduzem campo de pico e perdas por corona.
- Indutância e capacitância: geometria (distâncias fase-fase e arranjo) determina
e . Valor de tipicamente segue a fórmula do Passo 7; a capacitância também depende do espaçamento e do raio efetivo. Essas constantes definem a impedância característica :
- Transposição: em linhas longas a transposição das fases (trocar posições das fases ao longo da linha) é usada para equalizar parâmetros (indutância e capacitância) e reduzir desequilíbrios. Geometrias assimétricas tendem a exigir transposição.
- Mecânica: arranjos influenciam flecha (sag), esforço por vento/ice, necessidade de espaçadores em bundles e amortecedores (para evitar vibrações de Aeolian). Projetos de geometria têm que conciliar elétrica e mecânica.
Passo 11
Resumo prático rápido (quando responder em prova): liste as geometrias e dê uma linha sobre vantagem/desvantagem
- Condutor simples por fase — simples/mais barato; pior contra corona em alta tensão.
- Arranjo horizontal (flat) — fácil montagem; largura de servidão maior.
- Arranjo vertical — ocupa menos largura; pode aumentar desequilíbrios.
- Triangular (equilátero/compact) — boa simetria elétrica; usado para reduzir desequilíbrios.
- Delta/zig-zag (assimétrico) — adapta-se a restrições, mas causa desequilíbrios elétricos.
- Bundles (duplex, triplex, etc.) — reduz corona e reatância, aumenta capacidade de corrente; usual em alta tensão.
- Duplo circuito (dois circuitos na torre) — economia estrutural; aumenta acoplamento entre circuitos.
- Fio de guarda/OPGW no topo — proteção contra raios; altera ligeiramente os campos.
Resposta
Condutor simples por fase (arranjo horizontal) — simples e barato; sujeito a maior corona em alta tensão.
Arranjo vertical (pilha) — ocupa pouca largura; pode causar maiores desequilíbrios entre fases.
Arranjo triangular (equilátero/compacto) — simetria elétrica, reduz desequilíbrio de parâmetros.
Arranjos assimétricos / delta / zig-zag — adaptações mecânicas; provocam desequilíbrios elétricos.
Bundled conductors (duplex, triplex, quad, etc.) — subconductores por fase para reduzir corona, diminuir reatância e aumentar capacidade de corrente; usado em alta tensão.
Duplo circuito (dois circuitos na mesma torre) — economia de infraestrutura; maior acoplamento entre circuitos.
Fios de guarda / OPGW no topo — protegem contra raios e limitam influência de descargas atmosféricas.
Arranjo vertical (pilha) — ocupa pouca largura; pode causar maiores desequilíbrios entre fases.
Arranjo triangular (equilátero/compacto) — simetria elétrica, reduz desequilíbrio de parâmetros.
Arranjos assimétricos / delta / zig-zag — adaptações mecânicas; provocam desequilíbrios elétricos.
Bundled conductors (duplex, triplex, quad, etc.) — subconductores por fase para reduzir corona, diminuir reatância e aumentar capacidade de corrente; usado em alta tensão.
Duplo circuito (dois circuitos na mesma torre) — economia de infraestrutura; maior acoplamento entre circuitos.
Fios de guarda / OPGW no topo — protegem contra raios e limitam influência de descargas atmosféricas.