Estudo de vibrações eólicas em linhas de transmissão de energia elétrica de alta tensão

O crescente aumento da demanda de energia elétrica tem forçado o avanço tecnológico dos equipamentos responsáveis pelo transporte desta energia fazendo com que estes trabalhem sob tensões cada vez maiores, principalmente por razões econômicas. Mas este fato implica diretamente no incremento do diâmetro do condutor, o que acarreta elevação de seus custos, bem como das estruturas que devem suportá-lo. Para atender a esta necessidade sem aumentar o custo de projeto da linha de transmissão, surgiu a idéia de utilizar mais de um condutor por fase, montados paralelamente entre si a pequenas distâncias, o que é conseguido através da inserção de espaçadores montados a intervalos regulares ao longo dos vãos das linhas. Por outro lado, problemas mecânicos de ordem operacional das linhas podem ocorrer, como, por exemplo, a ruptura total ou parcial dos cabos e/ou espaçadores, proveniente de excitações dinâmicas devidas ao vento. Assim, este trabalho consiste no estudo do comportamento dinâmico de feixe de cabos de linhas aéreas de transmissão, através de um modelo de elementos finitos. O modelo reproduz o acoplamento dos cabos aos espaçadoresamortecedores da linha de transmissão e às estruturas de ancoragem, considerando o efeito de não-linearidade geométrica, decorrente dos grandes deslocamentos dos cabos, bem como a continuidade da linha, ou seja, os vãos adjacentes, que são representados por rigidez equivalente no modelo. O carregamento de vento é modelado através de um processo não deterministico a partir de suas propriedades estatísticas, tal que fica subdividido em duas partes: uma parte média, analisada de forma estática; e uma parte variável, analisada de forma dinâmica. Os resultados obtidos ao longo desse estudo mostram que a parcela variável do carregamento leva a uma resposta dinâmica do modelo que pode ser determinante no seu comportamento. Assim, o procedimento tradicional de assumir o carregamento do vento como uma excitação estática pode levar, em alguns casos a conseqüências desastrosas.

ABSTRACT: The increasing demand for electrical energy has stimulated the technological advance of the equipment associated to its transport, generating a situation in which one has to operate under ever increasing nominal voltages, mainly due to economical reasons. This fact has a direct implication on the diameter of the conductors, elevating their cost, as well as that of the supporting structures. In order to overcome this problem, without cost elevation of the electrical transmission line project, the idea is to use more than one conductor per phase, in a parallel assembly with small distances between cables, which can be achieved through the insertion of spacers at regular intervals between the supporting towers. However, operational mechanical problems may arise such as, for example, total or partial rupture of cables and/or spacers due to dynamical wind excitations. Thus, this work investigates the dynamical behavior of a bundle of cables of electrical transmission lines, using a finite element model, which reproduces the coupling between cables and the transmission lines’ spacers-dampers and the fixing structures, considering non-linear geometrical effects due to huge cable displacements, and line continuity, i.e., the adjacent vain, which is taken into account by the model as an equivalent stiffness. Wind load is modeled through a non-deterministic process, from its statistical properties, such that two parts are considered: an average load, statistically analyzed, and a variable load, analyzed as a transient. Results show that the variable load part conduces to a dynamic response of the model, which could represent a dominant behavior. Therefore, the traditional methodology of assuming wind load as a static excitation could lead, in some cases, to disastrous consequences.