Seção: Teleco español

Campo Elétrico em Linhas de Transmissão de Energia Elétrica

Os condutores das linhas de transmissão de energia elétrica energizadas apresentam diferenças de potencial entre si e também com relação ao solo. Estas indicam a presença de cargas elétricas distribuídas ao longo desses mesmos condutores. Uma linha de transmissão comporta-se, portanto, como um capacitor de vários eletrodos, tendo como eletrodos os próprios condutores e o solo. Assim sendo, uma linha de transmissão, ao ser energizada, absorve da fonte cargas elétricas necessárias ao seu carregamento, da mesma maneira que um capacitor (FUCHS, 1977).

Aplicando-se uma tensão alternada senoidal a uma linha de transmissão, a carga elétrica dos condutores em um ponto qualquer varia de acordo com valores instantâneos das diferenças de potenciais aí existentes entre condutores ou entre condutor e o solo (FUCHS, 1977).

Como os cabos ópticos ADSS estão instalados em linhas de transmissão e ficam fixados a elas por conjuntos de ancoragens ou de suspensões, estão, portanto, conectados diretamente às estruturas metálicas destas linhas e, desta forma, no mesmo potencial que o solo. Em função de que os cabos ADSS comportam-se como elementos dielétricos nesta situação, estão, desta forma, acoplados capacitivamente a cada condutor da mesma forma que os cabos para-raios e o solo, além dos próprios condutores entre si, como ilustram as figuras abaixo:

Figura 1: Demonstração do efeito capacitivo existente entre o ADSS e a Linha

As capacitâncias acima são capacitâncias fictícias entre dois pontos distintos, como no exemplo das figuras, entre os condutores e o cabo ADSS e entre o solo, que admitimos ser um potencial nulo, e o ADSS.

O campo elétrico é vetorial, da natureza newtoniana. Obedece, pois, à lei geral da gravitação. Pode ser representado simbolicamente por linhas de fluxo elétrico, ou linhas de força, que emanam da superfície de um condutor de carga positiva e terminam em outro de carga negativa (FUCHS, 1977).

Seja Q (Coulomb) o valor instantâneo da carga em um metro linear de condutor, distribuída uniformemente sobre a sua superfície. Por convenção, é igual a Q o número de linhas de força que emanam radialmente de sua superfície, em um metro de condutor (FUCHS, 1977).

Conforme a definição de capacitância, ou seja, carga por unidade de potencial, temos que Q = U x C, ou seja, para se obter o valor da carga em Coulomb de um condutor da linha de transmissão, basta saber a diferença de potencial a que está submetido este condutor em relação ao solo e a capacitância fictícia entre este mesmo condutor e o solo.

Considerando a linha de transmissão como uma carga infinita e que os condutores têm forma cilíndrica, ou seja, sua área é 2πr², sendo r o raio do condutor. Considerando que todos os pontos estão a uma distancia d da linha de carga e são, portanto, equivalentes, podemos descrever, conforme Halliday (1984), Bastos (1992) e Ulaby (2007), o campo elétrico em função das capacitâncias equivalentes desta linha, pois:

[D] = .   Q    .       [Coulomb/m²]

           2πr

Desta forma, através da Lei de Gauss, obtemos:

[E] = .   D    .       [V/m]

         2πɛ₀d

Onde,

• “E” é a intensidade de campo elétrico.
• “D” é a densidade de fluxo elétrico dada em Coulomb/m2.

Figura 2: Campo elétrico em um fio

“ɛ₀“ é a permissividade absoluta ou do vácuo, ou seja, do meio pelo qual se propaga o fluxo elétrico, que neste caso em análise é o ar. Portanto, consideramos a permissividade como sendo a absoluta, ou seja, 8,859x10^-12 farad/m.

As linhas de transmissão são constituídas por condutores dispostos sobre a superfície da terra, tendo como meio dielétrico o ar, entre eles. Considerando a geometria das torres de transmissão e a disposição dos condutores nesta, uma análise do potencial elétrico ao qual o cabo óptico ADSS está submetido no seu ponto de instalação faz-se necessária.

Porém, devemos considerar o vetor campo elétrico de cada condutor e de cada circuito sobre o ponto de instalação do cabo ADSS, considerando a influência dos cabos para-raios, da estrutura da linha e do solo, conforme descrito no “Princípio de Superposição”, a qual afirma que, num dado ponto, os campos elétricos devidos a distribuições separadas de cargas, simplesmente se somam (vetorialmente) ou se superpõem independentemente (HALLIDAY, 1984).

Polarização do dielétrico

Nos dielétricos, todos os elétrons estão ligados e por isso o único movimento possível é um leve deslocamento das cargas positivas e negativas em direções opostas.

O campo elétrico no interior das substâncias dielétricas contém uma parte, fornecida pelo próprio dielétrico de forma de polarização induzida e de reorientação de suas moléculas, que modifica o campo exterior a que está submetido.

No caso de frequências ópticas a polarização é de longe a mais importante. Ocorre em todos os materiais dielétricos e é ocasionado por um ligeiro deslocamento dos elétrons que circulam o núcleo atômico para a direção do eletrodo positivo e, por sua vez o núcleo atômico é ligeiramente deslocado para a direção do eletrodo negativo. Como os centros de cargas não são coincidentes há a formação de um pequeno dipolo (SHACKELFORD, 1995).

A polarização diminui com o aumento da temperatura, devido a dilatação do dielétrico e consequente diminuição do número de partículas por unidade de volume. Em frequências elevadas a polarização responde rapidamente às mudanças que ocorrem no campo elétrico. A remoção do campo elétrico aplicado provoca um retorno dos elétrons e do núcleo para a posição original (SHACKELFORD, 1995).

Figura 3: Dipolo formado pelas cargas não coincidentes