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Linhas de transmissão (LT) são compostas por uma parte passiva (fundações e suportes) e uma parte ativa (cabos condutores), sendo os cabos responsáveis por aproximadamente quarenta por cento de todo o custo de implantação. O uso otimizado dos cabos tem impacto nas demais partes de uma LT e uma das formas de otimização é o aumento da tração axial a que o cabo é submetido. Entretanto, o aumento da tração axial impõe a necessidade de estudos do comportamento mecânico dos condutores frente às vibrações eólicas e seu consequente impacto na vida útil do condutor. A presente pesquisa tem como objetivo geral avaliar a vida útil de condutores frente ao aumento da tração axial. A metodologia proposta para o estudo envolveu a coleta de dados de vibração através de ensaios realizados em uma linha de transmissão experimental (LTE) com dimensões reais para dois tipos diferentes de cabos. A LTE é resultado de um projeto de pesquisa e desenvolvimento inédito no Brasil, sendo um avançado laboratório para estudos relacionados à LT. Os ensaios consistiram na vibração forçada dos condutores em uma varredura de frequência entre 6 e 55 Hz, de onde puderam ser extraídos os comportamentos dos condutores para cada faixa de frequência, estimados os valores de velocidade de vento que produzem os maiores danos e calculadas as tensões dinâmicas associadas. Com tais dados e através de curvas de tensão versus número de ciclos (SN) conhecidas para os cabos analisados foi possível determinar a vida útil remanescente através de dois métodos distintos, correlacionando a vida útil do cabo com o aumento da tração axial. Nos resultados podem ser observados, além do fenômeno do batimento, os seguintes pontos conforme há um aumento da tração axial: (i) a uniformização dos níveis de vibração para todas as frequências excitadas; (ii) o aumento da média das amplitudes de vibração e (iii) a redução drástica da vida útil dos condutores. Ainda, para o cabo de liga de alumínio, comprovou-se sua fragilidade em relação ao cabo com alma de aço, mostrando-se o primeiro com uma vida útil curta para trações elevadas, consideradas as características do ensaio. Também foi possível determinar a partir dos ensaios quais as faixas de frequências que produzem os maiores danos em cada um dos cabos e, por consequência, quais as faixas de velocidade de vento que excitam tais frequências.
Electrical Energy Transmission Lines (TL) are composed by a passive part (foundations and towers) and an active part (cables). The cables are responsible for about forty per cent of all the implementation costs of a project. The optimized application of cables may influence other parts in a TL project. One of several ways to optimize cable usage is to increase the axial traction applied to cables. However, the increase in axial traction requires cable mechanical behavior studies against wind vibrations and their consequent impact on cables lifespan. In this context, the following research aims to evaluate the cables lifespan variation, relative to the axial traction raise. The proposed methodology for this study involves data collection of physical tests applied in an experimental transmission line (LTE), with real dimensions and two different types of cables. The LTE is a result of a Brazilian R&D project consisting in an advanced laboratory for TL studies. The tests consisted in a forced vibration in cables, with variable frequency between 6 and 55 Hz, where data for cable behaviors in each frequency range can be extracted. The wind speed that causes more damage can be estimated, and also dynamic tractions can be calculated. With this data and using traction versus number of cycles curves (SN), previous known in the literature for the analyzed cables, it was possible to determinate the remaining cable lifespan with the raise in axial traction. The results show that is possible to observe beats formed by different waves, as well as the following points as the axial traction raises: (i) the uniformization of vibration levels for all frequency ranges, (ii) the raise in vibration amplitude averages and (iii) the drastic reduction in cable lifespan. In addition, the aluminum alloy cable is very fragile, showing short lifespan in comparison with the ACSR cable at higher tractions. It was also possible to determinate with the physical tests which frequency ranges are responsible for more damage in the cables, and consequently, which wind speed ranges that excite those frequencies.
Data da defesa: 28/02/2018
Banca Examinadora
Orientador (a): Renato de Arruda Penteado Neto (Lactec)
Membro da Banca: Lúcio de Medeiros (Lactec)
Membro da Banca: Alexandre Rasi Aoki (Lactec)
Membro da Banca: Nilson Barbieri (PUCPR)
Palavra(s)-Chave: Comportamento mecânico de cabos, Vibrações eólicas, Linhas de transmissão com trações elevadas, Vida útil de cabos condutores.
Keywords: Cable mechanical behavior, Eolic vibrations, Transmission lines with elevated tractions, Cable conductor lifespan.
