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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AB8G8M| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Avaliação do comportamento térmico e mecânico de cabos condutores de energia em função de sua geometria e condições de escoamento |
| Authors: | Lucas Lanza Bernardes |
| First Advisor: | Rudolf Huebner |
| First Referee: | Matheus Pereira Porto |
| Second Referee: | Carlos Alexandre Meireles do Nascimento |
| Abstract: | As linhas aéreas de transmissão e distribuição são elementos de extrema importância dentro do sistema de energia elétrica, visto que são responsáveis pela ligação entre os pontos de geração e consumo. Elas devem transportar a energia de forma segura e ao menor custo para os consumidores finais, sendo a distância do cabo condutor ao solo ou a outros elementos ao longo da linha um fator de fundamental importância. Nesse contexto, a ampacidade é uma propriedade primordial, pois está relacionada a corrente elétrica máxima que pode ser transportada numa linha de transmissão aérea sem ultrapassar a temperatura máxima admissível do condutor. Com a crescente demanda por energia, é necessário maximizar a utilização dos sistemas de energia elétrica existentes, pois nem sempre é possível a construção de novas linhas. Um dos métodos utilizados é o aumento da ampacidade da linha, que pode ser obtido por meio do aumento da dissipação de calor do cabo para o ambiente, permitindo um aumento no nível de corrente. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um modelo numérico que representa os fenômenos de transferência de calor e escoamento de ar sobre o cabo de transmissão AeroZ Linnet. O modelo foi validado por comparação com resultados de testes em túnel de vento e de cálculos analíticos propostos em normas técnicas da área. Foi considerado o efeito benéfico do aumento da perda de energia por radiação por meio do uso de tintas de recobrimento de alta emissividade e também a influência da resistência térmica de contato entre fios de alumínio na condutividade térmica equivalente do cabo. O modelo numérico validado foi então utilizado para simular geometrias modificadas do cabo AeroZ Linnet, que possuem um maior espaço interno de ar, a fim de retardar o aquecimento do núcleo de aço e o aumento da flecha do cabo. Essa modificação permite também a inclusão de elementos como fios de fibra ótica nesses espaços. O estudo desenvolvido possibilitou uma diminuição da temperatura de até 13 % e aumento da ampacidade do condutor em até 22 %, a partir do uso da tinta de recobrimento. O estudo mostrou que a resistência térmica de contato possui pouco efeito sobre a condutividade térmica equivalente. As simulações das novas geometrias indicam como uma boa alternativa o uso do colchão de ar de forma de ampliar a faixa de utilidade do cabo. As modificações permitem não só uma maior proteção ao sistema diante de possíveis modificações bruscas nas condições de operação da linha, mas também a transmissão de dados por fibra ótica, sem alterar de forma negativa a ampacidade do mesmo. |
| Abstract: | The overhead power transmission lines are extremely important within the electric power system, since they are responsible for the link between the points of generation and consumption of energy. They convey electricity safely and at the lowest cost for end consumers and the distance from the conductor cable to the ground or to other elements along the line a factor of fundamental importance. In this context, the ampacity is an important property, because it is related to the maximum electric current that can be carried in an overhead transmission line without exceeding the maximum permissible temperature of the conductor, in light of these safety factors. With the growing demand for energy, it is needed to maximize the use of existing electricity systems because it is not always possible construction of new lines. One method is to increase the line ampacity, which can be obtained by increasing the cable heat dissipation to the environment. This document proposes the development of a numerical model that represents effectively the heat transfer phenomena and air flow on transmission line aerial cable AeroZ Linnet. The model was validated by comparison with results from tests in wind tunnel and analytical calculations proposed by technical standards in the area. It was considered a beneficial effect of the use of high emissivity coating ink and the influence of the thermal contact resistance between aluminum wires in the equivalent thermal conductivity of the cable. The validated numerical model was then used to simulate modified geometries of AeroZ Linnet cable with larger internal air space, in order to delay the heating of the steel core and the increase in the sag. This modification also allows the inclusion of elements such as optical fiber wires in these spaces. The study made possible a decrease in temperature of up to 13 % and increased ampacity of the conductor in up to 22 %, based on the use of the coating ink. The study showed that the thermal contact resistance has little effect on the equivalent thermal conductivity. The simulations indicate the new geometries as good alternatives to extend the cable utility range. The changes not only allow greater system protection against possible sudden changes in the line operation conditions, but also data transmission by optical fibers, without changing negatively the ampacity of it. |
| Subject: | Metodos de simulação Fibras oticas Linhas eletricas aereas Sistemas de energia eletrica Engenharia mecânica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AB8G8M |
| Issue Date: | 15-Dec-2015 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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