Capítulo I Redes subterrâneas no mundo – história e números

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Cap?tulo I

Redes subterr?neas no mundo ? hist?ria e n?meros

Por Placido Antonio Brunherotto e Jo?o Jos? dos Santos Oliveira*

ANO 1860 1862 1890 1914 1925 1947 1959

A hist?ria das redes de distribui??o subterr?nea de energia el?trica se confunde com a pr?pria hist?ria dos seus componentes. O primeiro grande desafio foi o de desenvolvimento de cabos isolados. A evolu??o dos materiais isolantes ao longo dos anos permitiu a evolu??o das redes a?reas para redes subterr?neas nos grandes centros urbanos do mundo.

Foi com o tel?grafo em 1816 que teve in?cio o emprego de cabos isolados enterrados. J? em 1879, Thomas Edison desenvolveu um sistema de ilumina??o incandescente para a cidade de Nova York e decidiu que o sistema subterr?neo seria necess?rio, empregando uma cobertura de juta untada em betume.

A borracha vulcanizada s? veio a ser utilizada em distribui??o de energia em 1880. Os primeiros cabos utilizados para distribui??o subterr?nea eram isolados com borracha n?o vulcanizada e cobertos com chumbo.

Em paralelo com a utiliza??o de cabos isolados com borracha, estavam sendo testados os cabos isolados com papel. As primeiras not?cias de cabo

ISOLA??O Borracha vulcanizada

Juta e betume Papel em ?leo

Blindagem ?leo fluido Polietileno ? PE XLPE/EPR

RESULTADO Ilumina??o ? Baixa tens?o

Maior tens?o ? at? 2 kV Maior tens?o ? at? 10 kV

Acima de 10 kV Acima de 69 kV Menor espessura Melhor isola??o

em papel datam de 1872, no entanto, a propriedade higrosc?pica do papel era um condicionante ? sua utiliza??o.

Para contornar esse problema, come?ou-se a impregna??o do papel com ?leo quente, objetivando a retirada da umidade por evapora??o e do ar pela expans?o. O ano de 1895 marca praticamente o in?cio da utiliza??o dos cabos de energia isolados com papel impregnado em ?leo.

V?rias companhias iniciaram sua fabrica??o e o primeiro cabo de 13 kV isolado em papel impregnado foi fabricado pela National Conduit and Cable Co. em 1897, enquanto os desenvolvimentos aconteciam na Europa em paralelo com os Estados Unidos.

J? nos anos 1880, a comunidade nova-iorquina exigia a organiza??o das redes de distribui??o a?rea. A cidade de NovaYork, com grande desenvolvimento, estava tomada de postes com uma infinidade de estruturas el?tricas e de telecomunica??o.

Em 1884, a C?mara de representantes do Estado de Nova York promulgou uma lei estabelecendo a obrigatoriedade do enterramento de toda a fia??o de tel?grafos, telefonia e a energia el?trica.

Amea?ada pelos legisladores, a empresa na ?poca decidiu iniciar o enterramento das redes de distribui??o, aproveitando os espa?os no meio vi?rio ao lado dos trilhos dos bondes.

No Brasil, as redes subterr?neas iniciaram nos primeiros anos do s?culo XX nas cidades com maior desenvolvimento, Rio de Janeiro e S?o Paulo, ambas com a concess?o de distribui??o de energia el?trica

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pela Brazilian Traction, Light and Power, precursora da Light. Em 1902, o in?cio se deu em S?o Paulo com tr?s c?maras

num sistema radial operando em 2,2 kV. Posteriormente, em 1928, esse primeiro sistema foi transformado para 3,8 kV.

A necessidade de transporte de grandes blocos de pot?ncia indicava a necessidade de cabos subterr?neos operando tamb?m

Figura 1 ? Nova York. Ilustra??o da Consolidated Edison, Inc.

em tens?o de transmiss?o. Pesquisas utilizando a expans?o e a contra??o do ?leo impregnante, o ?leo bastante fluido e recipiente para sua expans?o t?rmica, viabiliza a constru??o de cabos para opera??o em 138 kV nos Estados Unidos e de cabos para 220 kV na Europa (cabos OF).

Em 1927, foi patenteado o cabo a g?s e temos not?cia do primeiro cabo em nitrog?nio, com 200 psi de press?o interna, operando em Londres em 1932.

As pr?ticas norte-americanas adotavam redes subterr?neas instaladas em dutos que interligavam caixas e po?os, enquanto a pr?tica europeia mostrava redes diretamente enterradas, sem utiliza??o de dutos.

No caso norte-americano, devido ? alta densidade de carga que normalmente caracterizava os locais em que as redes subterr?neas eram adotadas, eram projetadas com o secund?rio em malha, de tal forma que a falha em transformador, ou alimentador, n?o provocava interrup??o no fornecimento de energia. No Brasil, essa solu??o foi chamada de sistema reticulado.

O primeiro sistema reticulado que se tem not?cia data de 1907 em Memphis. No princ?pio, os transformadores eram ligados ? rede por fus?veis, posteriormente foram utilizadas chaves manuais para isolar transformadores e alimentadores com defeito.

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Outros desenvolvimentos foram acontecendo at? que, em 1922, foi instalado, em Nova York, o sistema reticulado com o emprego dos "networks protectors", ou protetores de rede, que isolavam automaticamente todos os transformadores do alimentador que apresentasse um defeito.

Assim surgiu o sistema considerado de maior confiabilidade, mas tamb?m o de maior custo por quil?metro instalado. Os protetores deveriam atuar automaticamente devido ? invers?o do fluxo de pot?ncia da malha e foram a grande raz?o da expans?o desse sistema na primeira metade do s?culo XX nos Estados Unidos.

S?o Paulo e Rio de Janeiro possuem a maior extens?o de redes subterr?neas constru?das com o sistema reticulado, o que acabou por influenciar o sistema de distribui??o subterr?nea adotado nas cidades de Bras?lia, Belo Horizonte e Curitiba. Pode-se dizer que at? o come?o do s?culo XXI, ? o sistema de distribui??o subterr?nea dominante no Brasil.

Outros sistemas tamb?m foram desenvolvidos, a partir do sistema radial, menos confi?veis, mas simples e econ?micos.

Em 1926, foi instalado na Filad?lfia um sistema com prim?rio em anel aberto, como uma evolu??o do sistema radial simples.

Devido a altas densidades de carga alimentadas e ao maior tempo de reparo dos eventuais defeitos, os sistemas subterr?neos normalmente s?o projetados com redund?ncia.

Tanto nos sistemas reticulados como com prim?rios seletivos e radiais com recurso, os alimentadores s?o projetados de tal forma que os remanescentes devem suportar a carga total em caso de falha em qualquer dos alimentadores.

De qualquer forma, a op??o atual tanto da Europa quanto das cidades nos Estados Unidos ? pelo emprego do sistema radial de solu??es com maior ou menor conting?ncia, em fun??o dos custos associados e da import?ncia das cargas atendidas.

O grande crescimento das redes subterr?neas ocorreu nas d?cadas de 1960 e 1970 nos Estados Unidos, com a expans?o do sistema em condom?nios residenciais (URD). As comunidades exigiam o sistema considerado visualmente melhor, o que deu origem ? ?poca dos chamados anos de "beautification".

Figura 2 ? Rede subterr?nea norte-americana ? Instala??o de sistemas em condom?nios residenciais (URD) entre 1960 e 2004.

A ind?stria, para acompanhar a demanda gerada, colaborou desenvolvendo um cabo, mais econ?mico, isolado em HMWPE, polietileno de alto peso molecular, com blindagem a fios e sem capa protetora.

Esse come?o de grande demanda com o emprego de cabos isolados em polietileno, produzidos sem os controles de limpeza na produ??o, que foram reconhecidos como necess?rios somente nos anos seguintes, e sem capa protetora, resultou em grande ocorr?ncia de falhas, ainda observadas nos dias de hoje. No entanto, esses cabos apresentaram vida m?dia de 40 anos.

As grandes mudan?as realizadas ? ?poca foram o emprego de cabos com isolamento s?lido em HMPWE, neutro conc?ntrico, sem cobertura, diretamente enterrados e empregados em sistema radial monof?sico.

Essas inova??es, apesar dos problemas apresentados, resultaram em uma expans?o do sistema subterr?neo, jamais vista. O custo estimado das instala??es passou de ser de aproximadamente US$ 2.000,00 por lote, para cerca de 20% desse valor ? ?poca.

Pode-se dizer que aquelas inova??es proporcionaram um servi?o de distribui??o confi?vel, ao menor custo e venceram grandes desafios com a expans?o das redes subterr?neas. Rede subterr?nea norte-americana ? Instala??o de sistemas em condom?nios residenciais (URD) entre 1960 e 2004.

Na Europa, pa?ses como a Holanda, j? na d?cada de 1970, optaram por sistemas com cabos subterr?neos em fun??o da seguran?a, da confiabilidade, da ocupa??o de espa?os e da possibilidade de reutiliza??o dos direitos de passagem.

A Europa, a partir do final da d?cada de 1990, optou pela expans?o da distribui??o de energia el?trica exclusivamente com redes subterr?neas em praticamente todos os pa?ses.

Na Europa, a taxa de crescimento das redes subterr?neas ocorre a um valor anual da ordem de 2% a 3%. Enquanto que, nos Estados Unidos, a taxa de crescimento de investimentos no subterr?neo tem sido crescente nos ?ltimos anos chegando a cerca de 27% do total de investimentos em 2008 do total de investimentos em todas as instala??es de distribui??o.

No Brasil, as redes subterr?neas n?o representam nem 1% do total das redes existentes. Somente quando avaliamos a regi?o sudeste, h? alguma participa??o significativa. Em S?o Paulo, a Eletropaulo apresenta cerca de 7% da rede existente, em extens?o enterrada, enquanto no Rio de Janeiro a Light chega a 11% de redes subterr?neas em rela??o ao total existente.

No entanto, mais de 50 cidades no Brasil j? possuem algum trecho de rua, pra?a ou local hist?rico, com rede subterr?nea, al?m de uma grande parcela de condom?nios residenciais e comerciais s?o implantados com o apelo das redes subterr?neas para valoriza??o dos empreendimentos.

Os pr?ximos cap?tulos desta s?rie abordar?o, entre outros aspectos, assuntos como ocupa??o, est?tica, tipos de sistemas empregados, novos empreendimentos, responsabilidades,

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Redes subterr?neas em extens?o

Baixa tens?o

M?dia tens?o

Holanda*

100%

100%

Reino Unido*

81%

81%

Alemanha*

75%

60%

Dinamarca*

65%

59%

B?lgica*

44%

85%

Noruega*

38%

31%

It?lia*

30%

35%

Fran?a*

27%

32%

Portugal*

19%

16%

Espanha*

17%

30%

?ustria*

15%

15%

Estados Unidos**

18%

* Sycabel: Associa??o francesa de fabricantes de cabos, 2000. ** Out of sight, out of mind, EEI: Edison Electrical Institute, 2009.

equipamentos utilizados, medi??o, smart grid, etc.

Refer?ncias

? Underground secondary AC networks. a brief history By Robert J. Landman H&L Instruments, LLC IEEE PES, Senior Member - Presented at 2007 IEEE Conference on the History of Electric Power, Aug. 4, 2007. ? Hist?rico de redes subterr?neas, Pl?cido Ant?nio Brunheroto e Jos? Carlos Galdioli, Oct. 2009.

? Underground residential distribution systems. Historical review. By William A. Thue, Consultant. ? Undergrounding of electricity lines In Europe. Commission of The European communities, 2003. ? Out of sight out of mind revisited ? An updated study on undergrounding of overhead power lines. EEI Edson Electrical Institute, 2009.

* Placido Antonio Brunherotto ? engenheiro eletricista pela Escola Polit?cnica da Universidade de S?o Paulo. Trabalhou na Light Servi?os de Eletricidade de S?o Paulo, na Themag Engenharia, na AES Eletropaulo, entre outras empresas. Atuou na elabora??o de estudos, normas, especifica??es, padr?es, projetos e implanta??o de redes de distribui??o subterr?nea.

Jo?o Jos? dos Santos Oliveira ? engenheiro eletricista e mestre em engenharia el?trica pela Universidade de S?o Paulo. Atuou na AES Eletropaulo no per?odo de 1978 a 2008 onde exerceu diversas atividades de engenharia da distribui??o. Participa da organiza??o do F?rum anual de Redes Subterr?neas de Energia El?trica e do Cigr? no projeto de Padr?es de Redes Subterr?neas. Atualmente, ? consultor em projetos de distribui??o de energia el?trica para redes de distribui??o subterr?nea.

Continua na pr?xima edi??o Confira todos os artigos deste fasc?culo em .br D?vidas, sugest?es e coment?rios podem ser encaminhados para o e-mail

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