Por muitas décadas, a transmissão aérea de energia tem sido um dos elementos mais importantes dos sistemas energéticos modernos. O principal objetivo dos sistemas de transmissão é o fornecimento de energia elétrica das usinas para empreendimentos industriais e subestações. Isto é conseguido através de linhas eléctricas aéreas que ligam as centrais eléctricas à rede de transmissão, ligam duas áreas da rede de transmissão ou uma empresa de distribuição de energia a outra e entregam energia de diferentes áreas às estações de distribuição que fornecem electricidade a clientes residenciais e comerciais.
Com a expansão das regiões económicas para além das fronteiras nacionais, foram determinadas as condições para o transporte de electricidade a longas distâncias e, consequentemente, para a liberalização do mercado eléctrico. As linhas eléctricas aéreas são activos extremamente duradouros que exigem investimentos em larga escala e a longo prazo. Seus principais elementos estruturais são fios, isoladores, postes, fundações e acessórios.
Pilares
Os postes de energia são a parte mais visível do sistema geral de transmissão. Sua função é manter os fios de alta tensão separados das estruturas ao seu redor e uns dos outros para evitar a ocorrência de falhas. As dimensões físicas básicas de uma linha de energia, incluindo a altura do poste, a distância entre os condutores e o comprimento do isolador necessário para montar o condutor, são determinadas pelo potencial elétrico (tensão).
Com estas dimensões em mente, o próximo requisito para postes de energia é fornecer a resistência estrutural para manter as distâncias necessárias sob carga do peso dos fios, vento e cargas sísmicas, formação de gelo e outros possíveis impactos. É claro que a estrutura deve atender a esses requisitos da forma mais vantajosa economicamente possível. Como resultado, os mais difundidos atualmente são os postes treliçados de aço, que proporcionam alta resistência com a utilização de quantidades mínimas de material estrutural. O requisito final é a disponibilidade de uma fundação adequada para fornecer suporte suficiente para a escada nas cargas de projeto.
Alguns dos impactos ambientais das linhas eléctricas estão directamente relacionados com os requisitos dos postes. Em primeiro lugar, as dimensões físicas dos postes, as correspondentes configurações e distâncias dos fios determinam as dimensões mínimas do percurso, bem como as distâncias a estruturas naturais ou artificiais. Muitas vezes, para manter e manter essas distâncias, é necessário durante a construção e operação remover ou podar a vegetação obstrutiva. Além disso, a construção das fundações requer escavação, concretagem e fundações por estacas.
Normalmente, os postes de treliça de aço são montados em partes no local onde serão erguidos. Isto permite a construção de postes de grande altura – normalmente até 100 m, mas em casos especiais são possíveis alturas ainda maiores.
Condutores
Muitos designs de fios estão disponíveis, capazes de atender a uma ampla gama de requisitos específicos. No passado, quase sem exceção, o cobre era utilizado para a construção dos fios, devido à sua alta condutividade elétrica. No entanto, o diâmetro dos fios de cobre é determinado mais pela necessidade de resistência mecânica do que pela melhor condutividade.
A baixa relação resistência-peso do cobre limita o espaçamento aceitável dos pólos. Portanto, hoje os fios são produzidos em série a partir de alumínio, que se caracteriza por uma maior relação resistência/peso. Embora o cobre tenha uma condutividade mais alta que o alumínio, a densidade mais baixa do alumínio proporciona uma relação condutividade-peso duas vezes maior que a do cobre. Um incentivo adicional para a utilização do alumínio é o facto de ser economicamente mais vantajoso que o cobre.
Estágios iniciais
Um dos principais problemas associados às linhas de energia é o uso da área abaixo delas. O primeiro passo em qualquer projecto de construção de linhas eléctricas aéreas é determinar a melhor rota possível com base nos potenciais impactos nas áreas afectadas e nos custos.
As linhas elétricas aéreas próximas aos aeroportos devem ser marcadas em mapas e marcadas com refletores e indicadores de luz noturna.
A construção de linhas eléctricas aéreas em zonas não urbanas pode ter impactos significativos no ambiente e na biodiversidade – por exemplo, alterando as rotas de migração de alguns animais, perturbando os habitats dos peixes quando atravessam massas de água, etc.
Todos estes factores devem ser tidos em conta na fase inicial de determinação do traçado, para que este garanta compatibilidade ecológica, baixo impacto no ambiente, possibilidade de um processo construtivo rentável e operação eficiente (baixas perdas).
É claro que também devem ser levados em consideração obstáculos naturais ou artificiais (lagos, serras, cidades, áreas protegidas, etc.), a possível proximidade de subestações transformadoras e locais de montagem, bem como os custos de manutenção e operação.
A seguir vem a etapa de determinação precisa do percurso, que inclui o registro e avaliação das características do terreno. Este procedimento é realizado em etapas, sendo cada vez mais considerados detalhes em cada etapa subsequente.
Tendo em conta os resultados da fase anterior, é elaborado um plano detalhado de implementação da linha aérea. Além de um levantamento geológico detalhado, inclui também o projeto dos pilares. O projeto dos postes de energia depende em grande parte das condições topológicas (distâncias mínimas de estruturas e árvores), dos aspectos paisagísticos (baixa altura em áreas povoadas) e de fatores meteorológicos (vento, formação de gelo, perigo de avalanche), bem como do número de condutores.
Para garantir o maior nível possível de segurança no trabalho, é realizado um estudo aprofundado das condições do vento ao longo de todo o percurso. Zonas de vento separadas são estabelecidas e os postes para elas são dimensionados de acordo com as condições específicas. Deve ser dada especial atenção aos troços do traçado da linha eléctrica onde a topografia é tal que favorece os chamados “efeitos de funil” caracterizados por ventos de alta velocidade.
As travessias de picos de montanhas também devem ser consideradas seções críticas. Um zoneamento semelhante do percurso também é feito no que diz respeito às cargas de formação de gelo, devendo ser reforçados os postes e fios nos trechos com maior risco de formação de gelo. Em áreas com risco de avalanche, os postes são projetados com elementos estruturais especiais que desviam as massas de neve para que elas rodeiem o poste.
Nos estágios iniciais, também é determinado o comprimento exato dos fios, levando em consideração a localização, condições climáticas, topologia da via, redução de temperatura, etc.
Fases de construção
Após a conclusão do planejamento detalhado e a obtenção de todas as licenças, as atividades reais de construção da linha de energia no local podem ser iniciadas. Porém, antes de iniciar os trabalhos de construção da linha aérea, é necessário realizar alguns procedimentos preparatórios – derrubada de árvores quando o percurso passa por áreas florestais, construção de estradas e instalações auxiliares (geralmente a cada 20 km).
As fundações dos pilares podem ser grandes e caras de construir, especialmente se as condições geológicas forem ruins, como em terrenos pantanosos. Qualquer estrutura pode ser significativamente reforçada com o uso de cabos de tensão para retirar parte da carga dos fios.
As condições geológicas são essenciais para as dimensões da fundação. Para determinar estas condições é realizado um levantamento geotécnico, com especial atenção ao nível das águas subterrâneas, ao tipo de solo (arenoso, argiloso, etc.), à presença de condições agressivas.
Em condições extremamente agressivas, recomenda-se a utilização de concreto especial para evitar danos à fundação. Quando as condições climáticas são extremas, a fundação deve ter maior resistência e dimensões maiores. Se a linha for construída numa zona costeira, deve-se ter em conta que os ventos nestas zonas são mais fortes. O tamanho do pilar também é um fator importante na avaliação da carga na fundação e posteriormente na determinação das suas dimensões.
Após determinar o tamanho da fundação, as atividades de construção podem iniciar sua construção, utilizando um dos seguintes métodos:
- Formação padrão de escavação com as dimensões especificadas e concretagem da fundação;
- Uso de paredes de estaca-prancha em espaços estreitos – chapas de aço unidas são pressionadas nos quatro cantos da vala e, em seguida, a fundação é lançada em etapas. As paredes de estacas pranchas servem para fortalecer a vala e evitar o colapso das massas de terra nela contidas;
- Fundação piloto para fundações de construção com resistência excepcional – o método é adequado para solos com fraca adesão de partículas (arenosos). As estacas de concreto são cravadas no solo a uma profundidade de cerca de 10 m, deixando 0,5 a 1 m acima da superfície do solo. O topo da estaca de concreto é retirado e o vergalhão restante é dobrado na camada superior da fundação, que é derramada por cima. Desta forma, a fundação fica o melhor ancorada possível e tem uma excelente capacidade de carga estática. O tempo necessário para construir a fundação depende do seu tamanho, mas normalmente leva cerca de uma semana para lançar uma fundação de 5×5 m.
O período de secagem da base depende da estação e das condições climáticas. No verão, a base fica completamente pronta após 1-2 semanas, enquanto no inverno a secagem leva cerca de 3-4 semanas.
Como já mencionado, enquanto os postes redondos de concreto e aço são entregues prontos, os postes treliçados de aço são normalmente transportados em segmentos individuais que são então montados no local. Dependendo das condições e do peso dos elementos, a montagem é realizada com o auxílio de guindastes ou – no caso de terrenos muito difíceis – de helicópteros.
Após a montagem da estrutura de aço e colocação dos protetores contra surtos, são adicionados os isoladores e enroladores de cabos. Quando o traçado da linha aérea cruza vias de transporte como rodovias e ferrovias, são construídos andaimes de segurança na área de travessia, evitando o risco ao trânsito em caso de queda de um dos fios.
