Risco de campos eletromagnéticos nas linhas de transmissão e subestações de alta tensão

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1 Título do Instrumento Nº DOCUMENTO MATERIAL DE TREINAMENTO MT ÁREA DE TREINAMENTO: SEGURANÇA E HIGIENE DO TRABALHO NAS OBRAS DE ENGENHARIA ASSUNTO: Risco de campos eletromagnéticos nas linhas de transmissão e subestações de alta tensão Material de uso exclusivo em treinamentos internos. Proibida a reprodução para uso comercial. Página: 1 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

2 CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS EM LINHAS DE TRANSMISSÃO E SUBESTAÇÕES. CAPITULO 1. INTRODUÇÃO. Graças às ondas é que existem muitas das maravilhas do mundo moderno, como a televisão, o rádio, as telecomunicações via satélite, o radar, o forno de microondas, ultrasons, entre outras. Figura 1.1 Lado positivo das ondas eletromagnéticas. Com o advento das telecomunicações, a densidade de ondas, no espaço, é agora milhões de vezes maiores. No século XXI, o número de pessoas expostas a Campos Magnéticos e Elétricos de baixa freqüência (50 ou 60 Hz) cresceu muito rapidamente, até incluir praticamente toda a população urbana e boa parte da população rural. Figura 1.2 Densidade de ondas eletromagnéticas no espaço. O homem modificou o seu habitat natural, quanto à exposição em campos eletromagnéticos, mais do que qualquer outro aspecto do ambiente, resultando numa Página: 2 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

3 preocupação séria, quanto às densidades de radiações emitidas, atualmente, tanto em altas como em baixas freqüências. Todos estão expostos a uma mistura complexa de campos elétricos e magnéticos em muitas freqüências diferentes, em casa ou no trabalho. Os países mais desenvolvidos emitem níveis tão elevados de potência em baixas freqüências que estes podem ser detectados pelos satélites. Os campos elétricos e magnéticos de baixa freqüência existem também, onde quer a eletricidade seja gerados, transmitidos ou distribuídos, em linhas, cabos de energia, ou dispositivos elétricos. Figura 1.3 Conceito de Poluição Eletromagnética. Fala-se em Poluição Eletromagnética, ou tecnicamente, Interferência Eletromagnética (IEM ou EMI - Electro Magnetic Interference) que ocorre quando há uma energia transferida de um sistema para outro, ocorrendo alterações funcionais em um determinado equipamento ou seres vivos e um conseqüente comportamento indesejável no receptor dessa energia, devido a sua exposição aos campos eletromagnéticos ou ondas eletromagnéticas. Uma interferência pode ser um ruído eletromagnético, um sinal indesejado ou uma mudança no próprio meio de propagação. Em todos os casos, a interferência eletromagnética ocorre devido à combinação entre fonte emissora, meio transmissor e receptor susceptível. Interferência eletromagnética é, portanto, qualquer fenômeno eletromagnético que pode degradar o desempenho de um equipamento e /ou sistema. Esse sistema receptor inclui equipamentos e seres vivos. Figura 1.4 Fonte emissora meio emissor e receptor. Página: 3 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

4 Figura 1.5 Recepção por seres vivos e equipamentos. A associação entre uma exposição a campos eletromagnéticos de baixa freqüência 60HZ, devido a sistemas de energia elétrica, tais como linhas de transmissão, linhas de distribuição e equipamentos eletrodomésticos em geral, com os possíveis riscos à saúde humana, é um assunto que tem recebido grande atenção dos pesquisadores nos últimos anos. Figura 1.6 Corpo humano como receptor de ondas eletromagnéticas. Algumas empresas do setor elétrico brasileiro já enfrentaram problemas com ações e demandas judiciais, relacionadas com a desconfiança, quanto aos efeitos da exposição dos seres humanos em campos eletromagnéticos, tais como embargos de linhas e subestações. De tal forma que o Governo Federal publicou em 2009 a Lei Federal que estabelece diretrizes relativas à exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos no Brasil. Segundo esta lei cabe à ANEEL estabelecer as diretrizes e fazer a fiscalização dos níveis de campos gerados por instalações do setor elétrico. Na promulgação da Lei de 5 de maio de 2009 determinou-se que a ANEEL deve regulamentar a exposição a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos para baixas freqüências. Página: 4 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

5 Em cumprimento à Lei Federal 11934/2009 a ANEEL emitiu em 23 de março de 2010 a Resolução Normativa 398 (R.N. 398/2010) que se refere aos limites à exposição humana a campos elétricos e magnéticos originários de instalações de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, na freqüência de 60 Hz. Figura 1.7 Implicações jurídicas e de saúde pública. Figura Legislação básica sobre Campos Eletromagnéticos. Com isso, os agentes de transmissão devem, até o final da fase de comissionamento de novos empreendimentos, adicionarem à documentação exigida pela ANEEL o memorial de cálculo ou o relatório das medições dos campos elétricos e magnéticos, contendo os dados relacionados no Anexo, e seguir os procedimentos estabelecidos no Art. 6º, quando aplicáveis. 1º Caso os valores calculados ou medidos sejam superiores aos Níveis de Referência estabelecidos no art. 3º, o agente deve apresentar a ANEEL o Relatório de Conformidade. Pelo Art. 7º devem ser realizadas medições dos campos elétricos e magnéticos para as instalações já existentes e cujos valores calculados, nos termos do art. 6º, sejam iguais ou superiores aos Níveis de Referência estabelecidos no art. 3º da Resolução. Página: 5 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

6 Figura 1.9 Campos eletromagnéticos de baixa freqüência 60 HZ. Com a efetivação da Lei nº , de 5 de maio de 2009, que dispõe sobre limites à exposição humana a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos, as empresas são orientadas, também, para cumprir exigências de segurança, para os trabalhadores expostos a campos eletromagnéticos, no que diz respeito à integridade dos empregados que trabalham em instalações elétricas. Este texto aborda o assunto, sob o ponto de vista exclusivamente técnico, para efeito de treinamento, tendo em vista essa necessidade atual de se efetuar a medição de campos elétricos e magnéticos em linhas de transporte de energia elétrica e subestações, em conformidade com os requisitos da Resolução Normativa ANEEL Nº 398, de 23 de março de CONTROLE DE REVISÕES PÁGINA VERSÃO DATA DE APLICAÇÃO MODIFICAÇÃO Nota: Este material de treinamento foi elaborado com base na experiência dos autores e no conjunto de informações de outras empresas do setor elétrico, sendo utilizado exclusivamente para efeito de treinamento interno. Página: 6 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

7 CONSULTORIA DESENVOLVIMENTO E TREINAMENTO A sobrevivência das empresas depende do aperfeiçoamento de seus profissionais. CURSOS SETORIAIS DE TREINAMENTO E APERFEIÇOAMENTO MEIO AMBIENTE SEGURANÇA DO TRABALHO - ENGENHARIA CIVIL CONSTRUÇÃO DE LINHAS AÉREAS DE ENERGIA MANUTENÇÃO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO. Home Page: Página: 7 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

8 ANEXO CONCEITOS BASICOS DE ONDULATÓRIA. Dá-se o nome de onda a qualquer sinal (perturbação) que se transmite de um ponto a outro de um meio com velocidade definida. Figura 2.1 Conceito geral de ondas. Podemos observar que há vários tipos de ondas ao nosso redor. Figura 2.2 Vários tipos de ondas comuns. Página: 8 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

9 Considere um pingo de água caindo num recipiente qualquer. Surge uma perturbação, originada pelo movimento de queda, que se propaga no meio da água acumulada. Figura 2.3 Exemplo clássico do pingo de água. Considere agora duas pessoas segurando as extremidades de uma corda. Se uma delas fizer um movimento vertical brusco, para cima e depois para baixo, causará uma perturbação originando uma sinuosidade, que se deslocará ao longo da corda aproximando-se da outra pessoa, enquanto a extremidade que recebeu o impulso retorna à fonte inicial, por ser a corda um meio elástico. Figura 2.4 Movimento ondulatório: pulso onda meio fonte. Página: 9 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

10 Objetos com movimento periódico são geradores de ondas. Figura 2.5 Movimento ondulatório em objetos. O meio de propagação pode ser o ar, a água, o vácuo ou outro meio qualquer. Figura 2.6 Meios de propagação. Algumas ondas utilizam o ar como meio de propagação. É o caso do som. Página: 10 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

11 Figura 2.7 Movimento ondulatório do som. As ondas apresentam dois tipos de movimentos: propagação e vibração. Figura 2.8 Movimentos de Propagação e vibração. Sob o ponto de vista da Física, uma onda é a variação de uma grandeza física (deformação, pressão, campo eletromagnético, etc.) dependente do tempo que se propaga num meio qualquer. O distúrbio provocado pela perturbação do meio pode levar sinais ou energia de um lugar para outro. Ou uma propagação de energia de um Página: 11 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

12 ponto para outro, sem que haja necessariamente o transporte de matéria. Em geral não há Transporte direto de matéria, e sim transporte de energia e quantidade de movimento. Figura 2.9 Conceito de ondas pelo transporte de energia. Uma onda é uma perturbação de uma determinada propriedade física (deformação, pressão, campo eletromagnético, etc.) que se propaga de um ponto para outro. Podemos associar cada tipo de onda a um campo. Exemplo: No caso da superfície livre de um líquido, o campo é o deslocamento de cada ponto da superfície livre do líquido, em relação à forma de equilíbrio. É importante ter essa visão física de uma onda como uma situação física descrita por um campo dependente do tempo. Figura 2.10 Visão Física das ondas. O estudo das ondas tem grande importância na Medicina e Engenharia: Estudo de vibrações em pontes provocadas por ventos; Analise de ondas de ondas provocadas por terremotos; Aplicações importantes na medicina como laser e raios X; etc. Página: 12 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

13 Figura 2.11 Aplicações na Engenharia e Medicina. Classificação das ondas - As ondas podem ser classificadas de diversas maneiras, conforme exemplos abaixo: Quanto ao meio na qual se propaga: Ar ou Vácuo; Água; Etc. Quanto ao modo de propagação: podemos ter ondas transversais, ondas longitudinais e ondas mistas Ondas transversais - A vibração do meio é perpendicular à direção de propagação. Exemplo: onda numa corda. Ondas longitudinais - A vibração do meio ocorre na mesma direção que a propagação. Ex: ondas em uma mola, ondas sonoras no ar. Ondas mistas - Associação de ondas longitudinais e ondas transversais. Quanto as características dimensionais: Ondas unidimensionais - Quando se propagam numa só direção. Ex: uma perturbação numa corda. Ondas bidimensionais - Quando se propagam ao longo de um plano. Ex: ondas na superfície da água. Ondas tridimensionais - Quando se propagam em todas as direções. Ex: ondas sonoras. Quanto a forma de propagação: Página: 13 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

14 Senoidal, Esféricas, Cilíndricas, Planas Etc. Quanto ao meio na qual se propaga: Ar ou Vácuo; Água; Etc. Meio Contínuo - uma estrutura, mesmo sendo, molecular sem descontinuidades ou diferenças de comportamento; Meio perfeitamente elástico - a energia da onda não diminui à medida que a onda se propaga, não há absorção ou a amplitude de oscilação não varia (atenuação). Meio dispersivo - conserva a forma do pacote de onda Segundo a sua natureza: As ondas podem ser classificadas ainda como: mecanicas ou eletromagnéticas. Ondas mecânicas - São aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico. As ondas mecânicas não se propagam no vácuo. Necessitam de um meio material. Ex: onda na superfície da água, ondas sonoras, ondas numa corda tensa, etc. Ondas eletromagnéticas - São aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes. Ex: ondas de rádio, ondas de raios X, ondas luminosas, etc. As ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo e também em alguns meios materiais. Os fenômenos ondulatórios são influenciados pelo meio, no qual as ondas estão sendo propagadas. Figura 2.12 Influência do meio de propagação. Página: 14 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

15 Se provocarmos vários pulsos sucessivos com um movimento sobe-e-desce, teremos várias ondas propagando-se na corda, uma atrás da outra, constituindo uma sucessão de ondas. Cada partícula da corda executará movimento periódico à medida que a onda se propaga e o resultado é uma onda periódica. Esta onda periódica produzida é chamada de onda senoidal. Figura 2.13 Sucessão de ondas. Considere uma pessoa executando um movimento vertical de sobe-e-desce na extremidade livre da corda indicada na figura, em intervalos de tempo iguais. A parte elevada denomina-se crista da onda e a cavidade entre duas cristas chama-se vale. As ondas podem se peri[odicas ou não periódicas. As ondas não periódicas variam de forma ao longo do tempo. Figura 2.14 Sucessão de ondas periódicas. Página: 15 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

16 Propriedades características das ondas - As ondas podem ser avaliadas através das suas propriedades de Freqüência e Amplitude durante determinado período de tempo. Figura 2.15a Comprimento de onda.. Comprimento de onda (λ) - distância entre dois pontos consecutivos com mesma fase. Figura 2.1b5 Comprimento de onda.. Página: 16 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

17 Figura 2.16a Conceito de período. Período (T) - Tempo para um fenômeno se repetir. Período de uma onda é o tempo necessário para que uma onda seja criada, ou seja, para que um comprimento de onda seja criado. O período é representado pela letra T. Figura 2.16b Conceito de período. Página: 17 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

18 Figura 2.17 Conceito de Freqüência (f). Freqüência (f) - Indica quão rapidamente a amplitude varia com o tempo ou o número de vezes que o fenômeno se repete na unidade de tempo. É uma grandeza física ondulatória que indica o número de ocorrências de um evento (ciclos, voltas, oscilações, etc.) em um determinado intervalo de tempo. Uma oscilação completa representa a passagem de um comprimento de onda - l. Exemplo: A freqüência representa quantas oscilações completas: uma onda dá a cada segundo. Figura 2.18 Conceito de Amplitude. Página: 18 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

19 Amplitude - Medida da intensidade das forças produzidas pelos campos. Amplitude de uma onda é a medida da magnitude da máxima perturbação do meio durante um ciclo da onda. Medida escalar (não necessita de direção nem sentido) negativa e positiva da magnitude de oscilação de uma onda. Figura Propriedades características das ondas. Página: 19 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

20 Figura Propriedades características das ondas. Página: 20 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

21 Figura Interferênca entre ondas diferentes Fenômenos Ondulatórios - As ondas estão sujeitas a fenômenos, chamados de Fenômenos Ondulatórios, tais como: Vibração; propagação; difração; refração, reflexão; interferência, etc. Página: 21 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

22 Figura 2.22 Fenômenos ou propriedades ondulatórias. Reflexão Quando a onda incide numa superfície de separação entre dois meios e retorna para o mesmo meio. Essa onda pode, parcial ou totalmente, retornar para o meio em que estava se propagando por meio de um movimento de reflexão. Ondas propagamse e, se há vinculo imposto na sua parte inicial e terminal, teremos a reflexão da onda inicial. A soma destas duas oscilações resulta uma onda estacionária. Uma onda estacionária numa corda é a combinação de duas ondas em direções opostas devido a reflexões nas extremidades fixas. Figura 2.23 Fenômeno da reflexão. Página: 22 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

23 Figura 2.24 Conceito de onda estacionária. Refração A Refração de ondas é o fenômeno segundo o qual uma onda muda seu meio de propagação. Exemplo: Quando a onda na superfície de um líquido passa para uma região mais rasa sua velocidade diminui, diminuindo seu comprimento de onda. Chamamos de refração a passagem da onda de um meio para outro, com variação na sua velocidade de propagação. A onda refratada mantém apenas a freqüência da onda incidente. Figura 2.25 Fenômeno da refração. Difração - Difração - consiste no fenômeno da onda contornar um obstáculo ou fenda. As ondas não se propagam obrigatoriamente em linha reta a partir de uma fonte emissora. Difração é distorção da propagação retilínea das ondas que se deparam com obstáculos, permitindo contorná-los. O fenômeno de difração é característico das ondas. Partículas não se difratam. É graças à difração que escutamos os sons que são produzidos nos diversos cômodos de uma casa. Elas apresentam a capacidade de contornar obstáculos, desde que estes tenham dimensões comparáveis ao comprimento de onda. λ comprimento de onda d largura da fenda Página: 23 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

24 A difração é tanto mais perfeita quanto mais próximo for o comprimento de onda do tamanho da fenda ou obstáculo. Neste caso para que ocorra a difração é necessário que d e λ sejam da mesma ordem de grandeza. Figura 2.26 Fenômeno da Difração. Interferência É a combinação de duas ou mais ondas que se encontram na mesma região do espaço gerando uma onda terceira resultante. A Interferência é uma das propriedades características e exclusivas do movimento ondulatório que ocorre no ato da propagação de energia em uma região do espaço, através de uma perturbação. Figura 2.27 Fenômeno da Interferência. Página: 24 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

25 Superposição - Num ponto pode ocorrer superposição de duas ou mais ondas. O efeito resultante é a soma dos efeitos que cada onda produziria sozinha nesse ponto. A propriedade de interferência permite a combinação ou superposição das ondas de diversas maneiras. A interferência pode ser: Completamente construtiva, Completamente destrutiva ou Intermediária Figura 2.28 Hologramas de ondas combinadas. Figura 2.29 Superposições construtivas e destrutivas. Página: 25 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

26 Figura 2.30 Cristas em fase. Figura 2.31 Cristas fora de fase. As interferências de ondas são objeto de estudo da Engenharia. Página: 26 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

27 Figura 2.32 Ondas com interferência e ondas sem interferência. Polarização É um fenômeno ondulatório característico das ondas transversais. Quando este fenômeno acontece, as oscilações de todas as partes do meio de propagação ficam no mesmo plano. Polarização - de uma onda que se propaga numa corda, ocorre quando ela atravessa um obstáculo ou abertura após o qual só é possível oscilar num plano. Só é possível polarizar ondas transversais; as longitudinais não sofrem polarização. A polarização de uma onda se refere a orientação física do campo elétrico em uma radiação. As ondas são ditas polarizadas se elas tem o mesmo alinhamento no espaço. Página: 27 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

28 Figura 2.33 Fenômeno da polarização. Atenuação - Diminuição efetiva da intensidade de uma onda, que atravessa um meio material e interage com ele. As ondas possuem a propriedade de amortecimento dependendo de diversas variáveis, inclusive o meio onde ocorre a transmissão Figura 2.34 Fenômeno da atenuação. Página: 28 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

29 Ressonância - Fenômeno que ocorre quando um sistema oscilante é excitado por um agente externo periódico com uma freqüência idêntica a uma das suas freqüências próprias. Nestas condições é máxima a transferência de energia da fonte externa para o sistema. Dispersão É o fenômeno através do qual uma onda é decomposta no conjunto de suas ondas simples constituintes. O meio de propagação pode ser uniforme ou dispersivo. Meio Contínuo - uma estrutura, mesmo sendo, molecular sem descontinuidades ou diferenças de comportamento; Meio perfeitamente elástico - a energia da onda não diminui à medida que a onda se propaga, não há absorção ou a amplitude de oscilação não varia (atenuação). Meio dispersivo - conserva a forma do pacote de onda Figura 2.35 Fenômeno da atenuação. Radiação - É a forma de propagação de ondas no espaço à velocidade da luz. De modo geral estas radiações podem ser divididas em sônicas (vibrações, ultra-som, etc.) e eletromagnéticas. As radiações podem provocar interferências ou perturbações nos meios físicos e biológicos. Página: 29 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

30 Figura 2.36 Fenômeno da atenuação. Página: 30 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

31 Figura 2.36 Fenômeno da atenuação. Figura 2.37a Diferentes tipos de ondas. Página: 31 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

32 Figura 2.37b Diferentes tipos de ondas. Figura 2.38 Comportamento das ondas eletromagnéticas. Neste caso da poluição eletromagnética entre equipamentos, nos interessa estudar, principalmente os fenômenos de interferência entre ondas diferentes. Se os receptores são os seres humanos pode haver alterações funcionais do metabolismo biológico. No Página: 32 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva

33 caso das pessoas, animais e vegetais, o foco das interferências é voltado para a segurança, saúde e integridade física dos seres vivos. Figura Interferênca das ondas sobre os seres vivos. Página: 33 No da Revisão: 00 Data: Contato: Roberval Luna da Silva