Equivalência Técnica entre Condutores de Cobre e Condutores CS para Conexão com Malhas de Terra.

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1 1 Equivalênia Ténia entre Condutore de Cobre e Condutore CS para Conexão om Malha de Terra. Geraldo. de Almeida 1 eumo-ete trabalho apreenta a equivalênia entre ondutore de obre e ondutore em aço obreado para uo em itema de onexão om malha de terra. O itema de onexão om malha de terra apareem quando ondutore neutro, ondutore de abo guarda, terra de trafo e outro abo de referênia zero devem er onetado à malha de terra de ubetação ou referênia de voltagem zero no itema elétrio. O ritério eenial para eolha dete materiai é a queda de voltagem entre o itema e a malha de terra e a apaidade térmia do abo. O ondutor de obre é aquele que apreenta a melhore propriedade para atender o ritério anterior. Todavia, no último tempo tem ido uma retrição de uprema importânia. Dado o valor omerial do COBE, ete tem ido objeto de furto direto. Ete tipo de ação provoa além da perda do material, o mal funionamento de todo o itema que depende da referênia de terra na ua operação. Ete trabalho apreenta uma alternativa para eliminar ete furto atravé de ondutore CS (núleo de aço e obertura de obre), que não pouem valor omerial no merado eundário de uata. Palavra-have Aterramento; Condutore; Condutore bi metálio; Subetação; Ditribuição 1- INTODUÇÃO O itema de aterramento no itema elétrio de potênia ão eeniai para o funionamento efetivo do memo. O aterramento provem o nível de referênia zero para toda a demai funçõe do itema elétrio e ainda é o poço termodinâmio de energia quando o itema elétrio tem funionamento anormal, omo por exemplo em dearga atmoféria e urto iruito. O itema de aterramento e ompõem da eguinte parte: MALHA DE TEA, CONDUTOES DE BAIXADA E CONEXÕES. A malha de terra é a etrutura que oloa em onexão a parte elétria do itema om a terra. Sua função é de uprema importânia e ua reitênia de aterramento é eu parâmetro prinipal. A reitênia de uma malha de terra depende de muito fatore e em geral deve er menor do que 0 Ω. O ondutor de baixada deve ter o menor valor poível de reitênia, por io tem ido eolhido o material obre e a onexõe não devem aumentar ignifiativamente o valor a reitênia de aterramento. Coniderando que no tipo de material CS podem er uada a mema onexõe de ondutore de obre, o ritério de equivalênia CS Cu levará em onta apena o parâmetro de rei- 1 Geraldo. de Almeida COPPESTEEL Campina (SP)

2 tênia elétria do ondutor de onexão om a malha de terra do itema. ESISTÊNCIA ELÉTICA A reitênia elétria do ondutor depende da reitividade do material ondutor e da ditribuição de orrente na eção tranveral do metal. A ditribuição de orrente varia devido a efeito eletromagnétio e pode er apreiada pelo onheido efeito pele e proximidade. No ondutore de onexão de terra, por erem únio o efeito proximidade é deprezado, ma o efeito pele deve er oniderado epeialmente em ondutore de grande eção. A eguir é apreentada a equênia de álulo da reitênia em CA ESISTÊNCIA EM CA NA TEMPEATUA ( 1 ) = + y + y a p ESISTÊNCIA EM CONTÍNUA A 0 ºC 0 0 = A ESISTÊNCIA EM CC NA TEMPEATUA 0 = 1+ ( 0 ) 0 CÁLCULO DA ESISTÊNCIA EM ALTENADA CÁLCULO DO EFEITO PELE EFEITO DE PENETAÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO x k 8f = 10 D = D d + d k D + d D + d Para ondutore oo AGUMENTO PINCIPAL DA FUNÇÃO DE BESSEL y x = , 8x

3 3 ESISTÊNCIA EM ALTENADA NA TEMPEATUA DE FUNCIONAMENTO a ( y ) = 1+ Na tabela a eguir é apreentado o álulo da reitênia em alternada na temperatura de 75 C e 15 C para divero ondutore om trê ondutividade poívei, uma da quai (53%IACS) epeial para garantir o limite térmio da equivalênia om um ondutor /0 AWG de obre. AC (Ω/Km) 30% IACS 0% IACS 53%IACS BITOLA T=75 C T=15 C T=75 C T=15 C T=75 C T=15 C 35,0038,309 1,509 1,787 1,133 1, ,3915 1,6006 1,037 1,005 0,7878 0, ,063 1,035 0,788 0,907 0,59 0, ,7383 0,89 0,5538 0,6370 0,181 0, ,5887 0,6771 0,16 0,5079 0,3335 0, ,683 0,5386 0,351 0,01 0,65 0,3051 Ω/Km CONDUTO DE COBE A 75 C / 0 0, TABELA 1 ESISTENCIA EM ALTENADA 3- COENTE EM EGIME PEMANENTE Quando um ondutor é aqueido (por perda Joule devido a orrente irulante) no ar, o equilíbrio de troa de alor e etabelee atravé da tranferênia de alor para o ar, no modo de onveção e irradiação. A temperatura do ondutor e a temperatura do ar ão a ondiçõe de ontorno para o problema de tranferênia de alor. O modo de tranferênia por onveção é altamente influeniado pela ondiçõe de vento ao redor do ondutor. Um abo atinge ua temperatura em regime etaionário permanente, quando houver equilíbrio entre o alor ganho e o alor perdido por diipação. Um abo ganha alor prinipalmente por efeito Joule ( Q I ) j a = devido a perda provoada pela irulação de orrente, ma também (durante o dia) por radiação olar ( Q ). A perda de alor ão aquela denominada por onveção ( Q ) e por irradiação ( Q r ), de orte que o equilíbrio em ondição etaionária oorre quando; I + Q = Q + Q a r Aim, na ondição etaionária a AMPACIDADE máxima é dada por I = ( Q + Q Q ) r a 10 3 Onde na equação () o valore de Q ão dado em Watt/m e a é dado em Ohm/km, endo o reultado de () em ampère. Na equação () a variávei ão dada por:

4 3 T T0 Qr = 179, x10 D d diâmetro do abo em (m) T temperatura final aboluta em (K) To temperatura iniial (ambiente) em(k) emiividade relativa do meio 0,5 Q = 95,6( T T0 ) 10 0,3+ 0,3( 596, 8V D ) V veloidade nominal do vento (m/) Q = 0, 6D A emiividade da uperfíie do ondutore pode variar de 0,3 A 0,90. No ao de abo om uperfíie de alumínio é reomendado oniderar 0,5 Na tabela a eguir é apreentado o reultado da ampaidade em regime permanente do divero ondutore da tabela 1. IACS (%) BITOLA T=75 C T=15 C T=75 C T=15 C T=75 C T=15 C /0 CONDUTO DE COBE A 75 C 368AMPS TABELA AMPACIDADES EM EGIME PEMANENTE - COENTE EM CUTO CICUITO O urto iruito é uma ondição anormal de operação de um itema elétrio de potênia. Sua duração pode er dede algun ilo omo oorre na tranmião ou algun egundo omo pode oorrer alguma veze na ditribuição em baixa tenão. Como a duração de um urto é muito pequena, eu efeito térmio podem er modelado omo e foe uma tranformação adiabátia (Todo o alor gerado no ondutor em urto é uado para na elevação de temperatura do memo). Ete tipo de modelagem ontém um erro da ordem de 5%, ma empre do lado da egurança e por io foi adotado nete etudo. O equilíbrio térmio é atingido onforme a eguinte equação. I t = K Onde 1 f + A ln 1 i + K = 1 0+ C Na tabela 3 a eguir é apreentado o reultado de um álulo de ampaidade em urto irui-

5 5 to do memo ondutore anteriore para equivalênia térmia de um ondutor de obre /0 AWG. Comparando o dado da tabela e 3 é poível verifiar que exite uma equivalênia adequada entre um abo de obre /0 AWG e eu equivalente de mema bitola CS (Copperteel) na ondutividade de 53% IACS. IACS mm² 30% 0% 53% /0 CS /0 CS /0 CS /0 CS COBE AMPACIDADE EM CUTO PAA CONDUTOES CS e Cu TABELA 3 AMPACIDADE PAA CUTO DE 1 SEGUNDO Para 53% de ondutividade a demai ampaidade para divero tempo ão apreentada na tabela a eguir. TEMPO (SEG) mm² % IACS 0, /0 CS /0 CS /0 CS /0 CS COBE TABELA AMPACIDADE PAA 53% IACS 5- CONCLUSÕES Foi apreentado um etudo omparativo de deempenho de ondutore de obre e ondutore bimetálio de aço obreado denominado COPPESTEEL, apliávei omo abo de onexão entre abo de proteção e neutro e a malha de terra de itema elétrio de potênia. O abo de obre (/0AWG) têm ido uado dede tempo remoto, ma atualmente tem ido objeto de furto itemátio em muita ubetaçõe. Por io a proura de abo bimetálio tem ido exogitada para olução dete tipo de retrição, poi o material bimetálio não poui valor no merado eundário de metai (uateiro), devido a grande difiuldade de eparação do doi metai. Coniderando que a ondutividade de 53% IACS permite uma adequada equivalênia térmia e que em termo de reitênia de aterramento a perda é de 50%, ma num treho de 50 metro não afetaria o projeto de uma malha. Se, todavia, o limite térmio puder er reoniderado, oluçõe om 0%IACS ou 30% IACS também poderão er utilizada onforme reume a tabela 5 a eguir.

6 6 IACS(%) a(ω/km) I ( A ) I ( A ) 0, CS , CS 30 0, CS 0, COBE QUADO DE SOLUÇÕES EQUIVALENTES TABELA 5 EQUIVALENCIAS PAA /0 AWG