No Brasil, a grande maioria dos cabos condutores, utilizados em linhas de transmissão, é constituída por fios de alumínio enrolados na forma de hélice ao redor de um núcleo constituído por fios de aço. Estes cabos são comumente denominados cabos condutores ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced). Recentemente, os cabos ACSR vêm sendo substituídos pelos de alumínio com o núcleo constituído por material compósito reforçado por fibras de carbono. Esses novos cabos condutores são mais leves e possuem maior resistência mecânica e à temperatura.
Os cabos condutores são submetidos a esforços mecânicos de tração da ordem de 20 kN ou, aproximadamente, 20% de sua carga mecânica de ruptura. Além da carga mecânica de tração (carregamento estático), os cabos condutores também estão sujeitos a carregamentos dinâmicos oriundos da ação do vento sobre os mesmos. Por exemplo, a vibração mecânica induzida pelo vento nos cabos condutores (denominada vibração eólica) é um fenômeno extremamente complexo e responsável pelo aumento dos níveis de tensão mecânica a que são submetidos os fios constituintes dos cabos condutores, as torres e as cadeias de isoladores.
O carregamento cíclico oriundo da ação contínua do vento pode levar a completa ruptura do cabo condutor e à interrupção no fornecimento de energia elétrica em razão da degradação do material por um mecanismo conhecido como fadiga.
A medição e o monitoramento de grandezas como velocidade e direção do vento, carga mecânica de tração aplicada aos condutores e sua amplitude de vibração, são atividades desafiadoras e importantes para avaliação do desempenho mecânico da linha, e fazem parte do escopo das atividades de pesquisa teórica e experimental. Em termos de pesquisa sobre vibrações eólicas em cabos condutores, o Cepel desenvolveu um programa computacional para previsão dos níveis de vibração em cabos condutores e para a otimização de seu sistema de amortecimento, visando à minimização do risco de ruptura do condutor por fadiga.
A medição dos níveis de vibração em uma linha de transmissão é realizada com o auxílio de instrumentos denominados vibrógrafos. Estes instrumentos são fixados nos cabos condutores e dotados de circuitos eletrônicos (devidamente protegidos e blindados contra a ação do campo eletromagnético da linha) que permitem medir e armazenar os valores de deslocamento do cabo condutor em função da frequência de excitação. Esta medição permite uma avaliação rápida da intensidade de vibração eólica na linha e um diagnóstico mais acurado da susceptibilidade à fadiga do cabo condutor e de sua vida remanescente. Estas informações são importantes para a tomada de decisão de intervir imediatamente na linha para mitigar os efeitos desta vibração ou de postergar seu desligamento até a parada programada.
Tensão mecânica nos cabos e na torre
A crescente demanda de energia elétrica sobrecarrega o sistema de transmissão requerendo a construção de novas linhas de transmissão. Este processo vem enfrentando grandes dificuldades em função da obtenção de licenças ambientais para novas faixas de servidão. Surge, então, a necessidade de recapacitar a linha para atender aos desafios do desenvolvimento.
O monitoramento dos parâmetros que determinam a distância cabo-solo de linhas de transmissão, sejam eles a tração mecânica, a flecha ou a temperatura dos cabos condutores, possibilita o aumento dos atuais níveis de ampacidade, sem decréscimo da confiabilidade operacional.
A pesquisa em monitoramento da velocidade de vento e dos esforços atuantes em torres de transmissão permite o disparo de alarme em situações críticas de ventos fortes a fim de se prevenir contra um possível acidente na linha de transmissão.