PROJETO DE LINHA DE TRANSMISSÃO SUBMARINA

XIII ERIAC
DÉCIMO TERCER ENCUENTRO
REGIONAL IBEROAMERICANO DE CIGRÉ
Puerto Iguazú
Argentina
24 al 28 de mayo de 2009
XIII/PI-B1 -01
Comité de Estudio B1 - Cables Aislados
PROJETO DE LINHA DE TRANSMISSÃO SUBMARINA
BIGUAÇU – DESTERRO EM 230KV
W. J. LEE*
Prysmian
Brasil
A. J. O. LIMA
AJOL Eng.
Brasil
J. F. DUTRA
Eletrosul
Brasil
J. M. PINHEIRO
Eletrosul
Brasil
F. F. LAGO
Eletrosul
Brasil
C. A. V. GRANATA
Ligglobal
Brasil
Resumo – Este documento descreve o desenvolvimento do projeto realizado pela Eletrosul para
melhorar o fornecimento de energia elétrica tanto para a Ilha de Santa Catarina como para o leste do
Estado em cumprimento da resolução 96/2005 da ANEEL. O foco desse trabalho é o projeto da travessia
marítima da baia sul, com uma extensão total de cabos de 4650 metros. Constitui-se na travessia submarina
de maior tensão e extensão realizada na América do Sul.
Diante da expansão do sistema de potência para a região norte do país e com a necessidade de travessias de
grandes rios, esse conjunto de conhecimentos ganho, tanto pelos usuários do sistema como pelas empresas
formadoras do Consórcio, poderão auxiliar no enfrentamento de novos desafios nessa área.
Palavras chaves: ERIAC – ERLAC – Linhas de transmissão – Linhas de transmissão Submarinas –
Cabos isolados – Cabos Submarinos – Transição Aéreo - Submarino
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INTRODUÇÃO
O atendimento energético à Ilha de Santa Catarina, onde se situa área metropolitana de Florianópolis é
deficitário e vários estudos para superar essa dificuldade já vinham sendo elaborados há vários anos.
Após graves acontecimentos ocorridos com a alimentação do sistema elétrico da Ilha, a ANEEL emitiu a
resolução 96/2005, determinando a Eletrosul a implantação de um conjunto de obras, para o reforço desse
sistema elétrico.
Para isso a Eletrosul investiu 172 milhões de reais em instalações de transmissão, para melhorar o
fornecimento tanto para a Ilha quanto para o leste catarinense.
O empreendimento compreende a construção de duas subestações, uma na ilha, SE Desterro, outra no
continente em Biguaçu e a ampliação da SE Palhoça. Construção de duas linhas para conectar a SE Biguaçu
a Rede Básica de Transmissão. Linha de transmissão interligando SE Biguaçu a SE Desterro na Ilha.
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GENERALIDADES
A linha de transmissão que interliga a SE Biguaçu, no continente, a SE Desterro, na Ilha, é composta de três
trechos: Trecho aéreo no continente (38,5km), trecho submarino entre o continente e a Ilha (4,65km) e o
trecho na Ilha (13,5km).
As características básicas da instalação submarina são:
-Tensão nominal 230kV e máxima de 245kV;
*Woong J. Lee - Brasil - [email protected]
-Freqüência 60HZ;
-Comprimento estimado da rota 4,65km;
-Um circuito de potência trifásico mais um cabo de 24 fibras ópticas;
-Potência nominal de 310MVA com fator de carga de 0,95;
-Potência máxima em emergência de 350MVA;
-Corrente de curto circuito de 21kA por 0,5 segundos;
-Tensão suportável de impulso atmosférico de 1050kV;
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TRECHOS AÉREOS
A licença para início da construção dessa linha teve várias dificuldades a serem superadas, sendo que a
Licença de Instalação No 457/2007 expedida pelo IBAMA de 06/08/2007 autorizou o início das obras.
Várias premissas ambientais e técnicas tiveram que ser consideradas na construção, tais como: alteamento e
pintura das estruturas em cores compatíveis com o ambiente, no trecho insular; as construções tiveram de ser
realizadas sem abertura de picadas, sendo necessário o uso de helicóptero em todas as atividades, etc.
Como nesse trabalho estaremos tratando da travessia submarina, aqui faremos apenas esse pequeno resumo
da parte aérea, que também trouxe novas experiências e é de grande importância para o conjunto.
Fig. 1. Esquema da Linha de Transmissão Biguaçu – Desterro, indicando a travessia submarina.
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TRECHO SUBMARINO
A linha Biguaçú – Desterro cruza a baia sul da Ilha de Santa Catarina, em 230kV, tendo um trecho
submarino de 4,65km conforme mostra a figura 1. É a primeira travessia a ser realizada na América Latina
com cabos isolados em Polietileno Reticulado (XLPE) em 230kV e é a mais longa já executada no Brasil.
4.1 DEFINIÇÃO DO TRAÇADO
A definição do traçado da Linha de Transmissão Biguaçu – Desterro foi feita pela Eletrosul, considerando
tanto a parte aérea como a submarina. Foram consideradas as restrições ambientais das regiões envolvidas
tanto na Ilha como no Continente, Parques estaduais, Zona amplamente arborizada e na parte marítima foram
feitos os levantamentos prévios de correntes e ventos, bem como de sedimentos existentes e profundidades.
Para a parte submarina ficou definido que os pontos a serem interligados estavam situados na região
denominada Ponta do Cedro, município de Palhoça no Continente e na região da Ponta de Caiacanga - Açu
na Ilha, com um comprimento estimado inicialmente em cerca de 4200 m.
CONTINENTE
BAIASUL DE FLORIANÓPOLIS
SE
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X X X XX X X XX X X XX X X XX X X
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X XX XX XX
SIMBOLOGIAADOTADA:
POLIGONAL REQUERI DA (ÁREA = 383.424,23m2)
ROTA PROJETADA PARA INSTALAÇÃO DO CABO DE ALTATENSÃO+CABOÓPTICOENTERRADOS
ROTA PROJETADA PARA INSTALAÇÃO DOS CABOSDEALTATENSÃOENTERRADOS
ROTA PROJETADA PARA INSTALAÇÃO DOS CABOS ENTERRADOSCOMPROTEÇÃOMECÂNICA
Fig. 2 – Corte de um trecho da batimetria na rota do cabo.
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X
X
X
X
X
X
Para o projeto definitivo do traçado foram realizados levantamentos dos perfis das margens, com a finalidade
de definir o melhor ponto de transição, especialmente no continente onde a saída é bastante íngreme, e o
levantamento batimétrico do fundo do mar numa faixa de 100m ao longo da rota e de sedimentos do fundo.
A análise da região que estava sendo escolhida com o objetivo de evitar causar danos a criações de berbigão
e outras interferências definiram a rota a ser utilizada, mantendo-se as distâncias entre cabos em 25m, para
garantir que o lançamento de um cabo não interfira com o outro e garantir independência entre ele, tanto do
ponto de vista térmico como mecânico.
4.2 DEFINIÇÃO DO CABO DE POTÊNCIA
Com o conhecimento adquirido pelo levantamento do fundo do mar e das margens, foi realizada a definição
do cabo isolado a ser utilizado.
Previamente havia sido definido que o isolamento do cabo seria em Polietileno Reticulado (XLPE) com
condutor de cobre tamponado e proteção contra penetração radial de água em chumbo extrudado, que
também é a blindagem do campo elétrico. A espessura do chumbo foi dimensionada para suportar a corrente
de curto circuito fase terra do sistema.
Foi previsto por segurança enterrar o cabo ao longo de toda a travessia, a um metro de profundidade no
fundo do mar.
Na saída do lado da Ilha o cabo foi instalado em dutos de HDPE recoberto com “backfill bimodal” (pó de
pedra com granulometria específica), a um metro de profundidade. Na travessia da rua beira mar, o mesmo
foi protegido em concreto.
Do lado do continente foi previsto que o cabo fosse instalado em dutos envoltos em cimento, devido ao
trajeto rochoso.
O cabo foi definido em ser fabricado com capa interna de Polietileno sobre a blindagem em chumbo, com
armação em fios de cobre duro de 4mm de diâmetro, recoberto com uma camada de juta como
acolchoamento e uma capa de Polietileno de alta densidade (HDPE) como proteção externa.
Condutor:
500 mm², cobre, diâmetro = 26,8 mm
Blindagem semicondutora extrudada:
Espessura = 1,5 mm, diâmetro = 30,3 mm
Isolação:
XLPE, espessura = 22 mm, diâmetro = 75,8 mm
Blindagem semicondutora extrudada:
Espessura = 1,5 mm, diâmetro = 78,3 mm
Proteção longitudinal contra umidade:
Fita semicondutora
Blindagem metálica:
Chumbo, espessura = 3,0 mm, diâmetro = 85,7 mm
Capa interna de proteção anti-termita:
Polietileno+SOREX, espessura= 3,7 mm, diâmetro= 93,6 mm
Acolchoamento
Espessura = 2,0 mm, diâmetro = 97,6 mm
Armação ( fios de cobre e cordões de plástico ):
Diâmetro do fio de cobre = 5,0 mm
Diâmetro da armação = 107,6 mm
Amarração:
Espessura =2,7 mm , diâmetro = 113 mm
Cobertura:
HDPE, espessura = 4,0 mm, diâmetro = 121 mm
Fig. 3 – Partes componentes do cabo utilizado na travessia submarina Biguaçu – Desterro.
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Tanto as blindagens como as armações dos cabos (fios de cobre) foram previstas de serem aterradas em
ambas as extremidades do trecho submarino e utilizar o sistema “sigle point” para as blindagens nas partes
terrestres. Resultou uma seção para o condutor de cobre de 500mm2, já considerando o dimensionamento
térmico e os esforços previstos para o lançamento.
4.3 DEFINIÇÃO DAS TRANSIÇÕES
Como essa linha interliga diretamente duas subestações, o cabo submarino isolado deverá operar sempre em
conjunto com a linha aérea e vice versa.
Fig. 4 – Transição em 230kV no Continente.
Fig. 5 – Transição em 230kV na Ilha.
Assim, não houve necessidade de utilização de disjuntor ou chaves, sendo a conexão direta por meio de
”jump”, sendo previsto apenas para raio, de modo a garantir que as tensões impulsivas vindas da LTA para
os cabos isolados ficassem sempre abaixo do BIL da linha.
Foi utilizado o conceito de “Comprimento de auto-proteção” para cabos isolados, ou seja, como as
impedâncias características da parte aéreas e isoladas estão numa proporção da ordem de 10:1, ocorrerão
refrações e reflexões no cabo isolado. O comprimento de auto-proteção é o comprimento mínimo para o
qual a máxima tensão impulsiva resultante no cabo isolado será sempre inferior a de entrada.
Se a linha aérea tiver meios de garantir que as tensões das descargas atmosféricas serão cortadas sempre no
valor do BIL, não haverá necessidade de para raios, a não ser como um requisito a mais para a segurança da
linha.
O projeto de proteção, além de levar em conta a passagem da tensão impulsiva pelos cabos isolados,
considerou ainda as condições de aterramento das blindagens e as malhas de terra necessárias para garantir a
segurança nas transições.
Como pode ser visto nas fotos das figuras 4 e 5 foram construídos tanto do lado da Ilha como do Continente
um pórtico de fim de linha, ancorando os cabos. Desse pórtico os cabos LTA são ligados diretamente aos
terminais dos cabos isolados e em paralelo aos para raios. A transição fica dentro do que seria a faixa de
segurança da linha.
A solução de fundação para os apoios dos pórticos metálicos de transição foi em estaca raiz apoiado em
rocha.
4.4 LANÇAMENTO DOS CABOS SUBMARINOS
Os cabos submarinos XLPE 230kV foram fabricados na Itália e internados em Santos. Aproveitando a infra
estrutura do porto de Santos, as três bobinas dos cabos elétricos, com cerca de 150 toneladas cada, e a bobina
de cabo óptico foram embarcadas em uma única balsa. A viagem de Santos até Florianópolis levou cerca de
40 horas.
A escolha de uma balsa que pudesse transportar todas as bobinas juntas e permitir seu lançamento
diretamente visou uma maior agilidade no transporte, maior estabilidade durante o lançamento e capacidade
operacional nas baixas profundidades da travessia para o lançamento com as bobinas embarcadas. É de se
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destacar que o canal possuía longos trechos com baixa profundidade sendo necessário utilizar nestes casos o
sistema de lançamento por flutuação, onde o cabo é solto na água preso a flutuadores, levado até a margem e
depois afundado, ficando a chata estática.
Após a chegada das bobinas no local de lançamento, foi realizada a fase de treinamento e preparação,
contando com um rebocador de grande porte, a ser utilizado no lançamento, lanchas de apoio e equipes de
mergulhadores, que durou uma semana.
O primeiro lançamento foi realizado com o cabo mais ao sul. Devido a condições meteorológicas
desfavoráveis, necessidade de realizar manobra com a chata para travessia do banco de areia existente, esse
foi o lançamento mais demorado, durando dez dias, com algumas paralisações devido ao clima.
Fig. 6 – Chata de lançamento com as 4 bobinas.
Fig. 7 – Lançamento pelo método de flutuação.
A seguir foi lançado o cabo mais ao norte, que contando com a experiência sobre as condições locais, com
clima mais favorável, mas ainda com necessidade de manobra para travessia do banco de areia, foi realizada
em 4 dias. Deve-se acrescentar que junto com essa fase foi lançado o cabo ótico, em uma única operação.
Para a terceira e última fase, a central, não foi necessário realizar manobra especial para a travessia do banco
de areia. O lançamento durou então dois dias e meio.
As fases foram lançadas a uma distância de 25 metros entre elas e os cabos foram enterrados a uma
profundidade de um metro ao longo de toda rota. Na saída em ambas as margens os cabos foram puxados
diretamente até as áreas de transição e posteriormente foram colocados os dutos sobre os mesmos e feitas as
proteções já descritas.
4.5 TESTE APÓS INSTALAÇÃO
Após completada a instalação dos terminais e demais acessórios previstos, e terminadas todas as obras civis
referentes a instalação a mesma foi testada, de acordo com a norma IEC – 62067 – “Power cables with
extruded insulation and their accessories for rated voltage above 150kV (Um=170kV) up to 500kV
(Um=550kV) – Test methods and their requirements”, primeira edição, que regeu os testes desses cabos.
Não tendo ocorrido descargas no teste de Tensão Aplicada à 180kV, entre fase e blindagem durante uma
hora, os cabos instalados foram considerados aprovados.
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CONCLUSÕES
Esse empreendimento realizado por autorirazão da ANEEL, como dito no início desse trabalho, incluiu a
construção de duas subestações, a ampliação de uma terceira subestação, além, da construção da LT Biguaçu
– Desterro. O mesmo irá garantir para a região leste do estado de Santa Catarina maior disponibilidade de
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energia elétrica e maior confiabilidade para o sistema elétrico, em especial para a Ilha de Santa Catarina e
Florianópolis, que são pólos turísticos de grade procura.
Esse projeto da travessia marítima cruzando a baia sul da Ilha, desenvolvido pela Eletrosul em conjunto com
as empresas formadoras do Consórcio consistiu na instalação submarina de maior tensão já realizada na
América do Sul, bem como de maior extensão, trazendo para as empresas envolvidas como projetistas e
como usuários desse sistema, um novo conjunto de conhecimentos.
Diante da expansão do sistema de potência para a Região Norte do país, e com a necessidade de travessias de
grandes rios, o novo conjunto de conhecimentos adquiridos poderá auxiliar no enfrentamento de desafios
futuros.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] A. Morello “I cavi per altissime Tensioni e le Riflessioni a Impulso”, L´Eletrotecnica no 12 – Vol.XLII.
[3] F.R.Alves, F. da S. Leal e A. L. P. da Cruz “Conexão de Linhas Aéreas de 230kV à Subestação
500/230kV Mediante Cabos Subterrâneos: Avaliação do Impacto na Coordenação dos Isolamentos dos
Equipamentos”.
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