Aplicativo para estimativa de ampacidade de cabos submarinos de parques eólicos offshore

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um aplicativo para cálculo de ampacidade em cabos de linha de transmissão submarinas enterrados, sobre o leito ou suspenso no oceano, chamado de cabo dinâmico, tendo como referência a série de normas IEC 60287, aplicada para cabos enterrados. Utilizando a linguagem Python, o programa possibilita a determinação da ampacidade de arranjos de diferentes características, a partir de uma interface para inserção de dados, permitindo uma análise de diversos parâmetros. Além da determinação da ampacidade, os resultados incluem os parâmetros da análise de circuito térmico, perdas, temperaturas das camadas e resistências térmicas e elétricas. São apresentados três casos para verificação do aplicativo, sendo o primeiro constituído por um cabo monopolar simples e os demais por um cabo tripolar, mais complexo, com inserção simplificada e completa. Os resultados, considerando modelo de instalação diretamente enterrado, são comparados aos descritos em relatórios técnicos, resultando em erros relativos inferiores a 5%. Para o caso de cabos dinâmicos, a resistência térmica externa do cabo é calculada a partir dos fenômenos de transferência de calor. Tanto para convecção natural quanto para forçada, a ampacidade estimada é consideravelmente superior ao do mesmo cabo diretamente enterrado, e a resistência térmica do entorno pode ser desconsiderada sem grandes impactos no resultado. Para cabos enterrados, no entanto, tal resistência pode se tornar o principal fator limitante à ampacidade, a depender das condições do ambiente.

This study aimed to develop an application for calculating the ampacity of submarine transmission lines based on the IEC 60287 series of standards, applied exclusively to buried cables. Using Python, the program enables the determination of the ampacity for a variety of systems through an interface for data input. In addition to determining the ampacity, the results include parameters of the thermal circuit analysis, losses, temperatures of the layers and thermal and electrical resistances. To validate the program, three cases are presented, with the first one consisting of a simple single-core cable and the others featuring a more complex three-core cable with simplified and complete insertion. The results, considering a directly buried installation model, are compared to those described in technical reports, yielding relative errors below 5%. For dynamic cables, the external thermal resistance is calculated based on heat transfer phenomena. Whether for natural or forced convection, the estimated ampacity is considerably higher than that of a direct-buried cable of the same design, and the thermal resistance of the surrounding medium can be disregarded without significant impacts on the outcome. However, for buried cables, such resistance may become the primary limiting factor for ampacity, depending on environmental conditions.