Análise de tensões considerando o efeito da temperatura em cabos condutores de energia

Abstract

Atualmente, devido à grande demanda por energia elétrica, muitas concessionárias estão recondutorando as linhas de transmissão existentes, cujos novos condutores tendem a operar com temperaturas mais elevadas. Essas temperaturas afetam o comportamento mecânico dos condutores, alterando as tensões nos fios, podendo trazer implicações a vida à fadiga do condutor. Por sua vez, estudos sobre as tensões e a vida à fadiga de condutores considerando os efeitos da temperatura são ainda pouco explorados na literatura técnica, sendo que dois trabalhos pioneiros de essência puramente experimental foram desenvolvidos a vida à fadiga de condutores sob temperatura na Universidade de Brasília. Nesse sentido, o presente trabalho visa trazer uma contribuição para o tema através de um estudo de tensões no condutor considerando o efeito da temperatura. Para isso, foram realizadas análises numéricas de um condutor de alumínio liga por meio do Método dos Elementos Finitos, empregando o software comercial ANSYS-APDL. As simulações consideram o condutor sob efeito inicial da carga de esticamento, sendo que as temperaturas são aplicadas posteriormente segundo uma distribuição radial. Essas temperaturas foram obtidas através de análises de elementos finitos realizadas por Kang, Strobach e Franck (2013), considerando diferentes condições de operação e fatores ambientais. Três diferentes cargas de esticamento foram simuladas considerando diferentes distribuições de temperaturas. Foi observado que, no deslocamento, o efeito da temperatura é preponderante sobre a carga de esticamento, devido ao elevado coeficiente de dilatação térmica do alumínio. Entretanto, esse efeito tende a reduzir-se com o aumento da carga de esticamento do condutor. Em relação às tensões, foi observado que o aumento da velocidade de vento gera diminuição das tensões normais nos fios do núcleo e das duas primeiras camadas, onde a terceira camada permanece praticamente inalterada, enquanto que há um acréscimo de tensões na última camada. Pois, com o resfriamento da última camada, há uma tendência de encurtamento relativo da mesma em relação às demais, surgindo tensões de tração adicionais nos fios dessa camada. Além disso, verificou-se que o aumento da carga de esticamento gera um aumento linear da tensão média no condutor, enquanto que o aumento do gradiente de temperatura gera uma redução dessa tensão. Com isso, foi demonstrado a importância da consideração do efeito da temperatura nas tensões do condutor.