No que tange aos aspectos físicos das LTs, responda:
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 3 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).

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.

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.

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.

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.

Passo 7

Geometria 5 — condutores agrupados (bundled conductors) — 2, 3, 4, ou mais subconductores por fase
Descrição: cada fase é formada por n subconductores paralelos, espaçados por uma pequena distância por meio de espaçadores. Exemplos práticos: bundle de 2 (duplex), 3 (triplex), 4, 6.
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.: 500\\ \text{kV} normalmente usa bundles).
Conceito importante (GMR): o efeito elétrico do bundle é capturado por um valor chamado Geometric Mean Radius (GMR) ou raio efetivo r'; quanto maior o r', menor a indutância por metro. Uma fórmula importante (usada em provas) para a indutância por unidade de comprimento de uma fase é a seguinte:
L' = \frac{\mu_0}{2\pi}\,\ln\!\left(\frac{D_m}{r'}\right),
onde \mu_0 é a permeabilidade do vácuo, D_m é a distância geométrica média entre fases (função das separações) e r' é o GMR (raio efetivo) da fase (aumenta quando há bundle). Explique o que cada variável significa ao usar essa fórmula: \mu_0 é constante física, D_m mede o espaçamento entre as fases levando em conta as três distâncias, e r' 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 2 circuitos completos (cada circuito com 3 fases), totalizando 6 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.

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 1 ou 2 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.

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 L' e C'. Valor de L' tipicamente segue a fórmula do Passo 7; a capacitância também depende do espaçamento e do raio efetivo. Essas constantes definem a impedância característica Z_0:
Z_0=\sqrt{\frac{L'}{C'}}.
  • 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.

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