STE I SESSÃO TÉCNICA ESPECIAL DE INTERFERÊNCIAS, COMPATIBILIDADE ELETROMAGNÉTICA E QUALIDADE DE ENERGIA (SCQ)

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1 SCQ/ a 26 de Outubro de 2001 Campinas - São Paulo - Brasil STE I SESSÃO TÉCNICA ESPECIAL DE INTERFERÊNCIAS, COMPATIBILIDADE ELETROMAGNÉTICA E QUALIDADE DE ENERGIA (SCQ) CARACTERIZAÇÃO DO AMBIENTE ELETROMAGNÉTICO ELF NAS VIZINHANÇAS DE SUBESTAÇÃO DE 88 KV Mário Leite Pereira Filho* IPT - SP Laboratório de Avaliação Elétrica Prof. Dr. Carlos A. F. Sartori Escola Politécnica da USP LMAG-PEA Prof. Dr. José Roberto Cardoso Escola Politécnica da USP LMAG-PEA RESUMO Este informe apresenta resultados e métodos de medição de campos elétricos e magnéticos próximos a subestações classe 88 kv. Os riscos à saúde associados à exposição humana a estes campos são avaliados mediante comparação dos valores medidos com os limites estabelecidos em documentos normativos. PALAVRAS-CHAVE: campo elétrico, campo magnético, eletromagnético, saúde, exposição. 1. INTRODUÇÃO A população tem recebido muitas informações sobre possíveis riscos à saúde provocados por campos eletromagnéticos (CEM). Estas informações costumam ser contraditórias, criando alguma confusão e um sentimento de desconfiança na opinião pública. Este trabalho objetiva: identificar valores de campos elétricos e magnéticos existentes nas vizinhança de subestações urbanas de 88 kv, na faixa de extra baixa freqüência, 5 Hz a Hz; avaliar o grau de risco que a população em geral está sujeita baseando-se em regulamentos técnicos internacionais e brasileiros sobre a exposição humana a CEM. 2. REGULAMENTAÇÃO TÉCNICA Veremos nesta seção a regulamentação técnica existente no Brasil, nos EUA, na Europa e em fórum internacional. Embora não esgotem o tema, estas publicações são referência e tem ampla difusão no mundo. 2.1 Situação no Brasil Ainda não há no Brasil regulamentos técnicos sobre CEM em baixa freqüência para a população em geral. A NBR 5422 (1) disciplina o projeto de linhas de transmissão (LT) indicando valor máximo de campo elétrico de 5 kv/m no limite da faixa de passagem. Não há recomendações sobre o campo magnético. 2.2 Regulamentos Internacionais A publicação internacional aplicável é da ICNIRP, International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (2). A ICNIRP publica em nome da Organização Mundial de Saúde sobre segurança de radiações não ionizantes, estabelecendo valores limites para atividade ocupacional e para a população em geral. Os valores foram definidos em função de efeitos térmicos e de curta duração. A Tabela 1 mostra os valores de campo elétrico E e densidade de fluxo magnético B para a população em geral, na freqüência de 60 Hz. Tabela 1 - Limites da ICNIRP Tipo E (kv/m) B (µt) Ocupacional 8, População 4,16 83,3 IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Laboratorio de Avaliaçao Eletrica LAE-ATEE-DME Cidade Universitária São Paulo - SP

2 2 Ressaltamos que a Agência Nacional de Telecomunicações - ANATEL adotou este documento para estabelecer limites de exposição em freqüências sob sua jurisdição. 2.3 Estados Unidos 3.1 Linha de Transmissão aérea classe 88 kv Esta linha é constituída por dois circuitos duplos em configuração de baixa reatância. A Figura 1 mostra uma foto da linha vista da subestação. O National Institute of Environmental Health Sciences NIEHS mantém em seu site uma página com perguntas e respostas sobre CEM (3), recomendando a adoção dos limites prescritos na ICNIRP (2) e da ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists (4). A ACGIH regulamenta apenas a atividade ocupacional e os valores prescritos em (4) são respectivamente 25 kv/m para E e µt para B. 2.4 Europa O padrão aplicável é o pre-standard CENELEC ENV (5). O escopo e estrutura do documento é semelhante ao da ICNIRP (2) porém com valores diferentes. A Tabela 2 mostra os valores para 60 Hz. Tabela 1 - Limites da ICNIRP Tipo E (kv/m) B (µt) Ocupacional População Comentários sobre os regulamentos Observar que os valores da ICNIRP são os menores entre os documentos citados, implicando maiores restrições de projetos e maior segurança para as pessoas expostas. Figura 1 - Linha aérea 88 kv Os valores de campo magnético foram medidos na rua sob a linha de transmissão, em uma direção perpendicular à linha a intervalos de 1 metro e a uma altura de 1 metro. A distância zero está imediatamente abaixo da linha número 1. O valor das correntes em cada circuito não é conhecido. O horário foi entre 17:00 Hs e 18:00 Hs de um dia útil, portanto horário de ponta. A Figura 2 mostra o gráfico com os valores máximos de B e a direção. A relação entre os valores da atividade ocupacional e aqueles da população em geral é de 5 na ICNIRP e de 2,5 na CENELEC, estabelecendo portanto um fator de segurança adicional para a população em geral. 3. RESULTADOS DE MEDIÇÕES As medidas foram realizadas nas vizinhanças de duas subestações urbanas de distribuição de 88 kv/ 13.8 kv, uma delas com entrada e saída aérea e outra com entrada e saída subterrânea. As medidas de campo magnético foram realizadas com um medidor isotrópico com 3 bobinas perpendiculares. As medidas de campo elétrico foram realizadas com um medidor cujo princípio de funcionamento é baseado em correntes de deslocamento. Figura 2 - B x Posição - Dois Circuitos Duplos O valor máximo foi de 6,75 µt, diretamente sob a linha 3. Os valores de campo elétrico foram medidos sob a linha, buscando-se o valor máximo na faixa de passagem, na calçada da residência contígua à faixa de passagem e no interior da garagem desta residência.

3 3 A Tabela 2 mostra os valores medidos. Observar a atenuação de 137 vezes da calçada para a garagem. Tabela 2 - Valores de E Local faixa calçada garagem E (V/m) A Figura 4 mostra as linhas de potencial elétrico sem a presença do medidor. Observar que próximo ao solo as equipotenciais estão uniformemente espaçadas. O instrumento utilizado não permite leitura remota, necessitando da presença do operador. Conforme apontado em (6), isto pode provocar perturbação na distribuição de campo resultando em uma medida superestimada do campo não perturbado, usado como referência nos regulamentos técnicos. Para avaliar este efeito foi realizada uma simulação em elementos finitos Simulação da perturbação do campo elétrico O medidor com o operador foi representado como uma barra condutora com 30 centímetros de diâmetro e 2 metros de altura. O sensor do medidor foi representado como uma calota esférica. A situação investigada foi uma linha com um condutor cilíndrico de 10 centímetros de diâmetro equivalente energizado com 10 kv. A Figura 3 mostra a geometria da simulação. Para o cálculo de elementos finitos foram utilizados dois planos de simetria para reduzir os graus de liberdade do problema. Figura 4 - Equipotenciais sem o medidor A Figura 5 mostra as equipotenciais com o medidor presente. Figura 5 - Equipotenciais com o medidor A presença do medidor provoca um compressão das equipotenciais. Por exemplo entre as ordenadas 2 e 3 metros tínhamos sem o medidor 300 V. Com a presença do medidor há 600 V, resultando que o campo elétrico médio logo acima da barra duplicou. Figura 3 - Geometria da simulação O valor do campo elétrico sobre a superfície da barra depende não só da altura da barra mas também do formato e raio de curvatura do sensor do instrumento, neste caso da calota esférica. As Figuras 6 e 7 mostram o gráfico do módulo do campo elétrico sem e com a presença do medidor, desde a ordenada de 2 metros até 6 metros, diretamente sobre o medidor.

4 4 Considerando que o valor limite de (2) é de 4,16 kv /m para população em geral e campo não perturbado, o valor máximo da Tabela 2 com fator de correção entre 2 e 3 representa de 50% a 33% do valor limite, indicando que o campo elétrico merece atenção. 3.2 Alimentador de rede aérea de distribuição 13.2 kv Esta medida foi realizada na calçada da subestação de distribuição com saída subterrânea, junto a um poste em que foi instalado o ramal da linha subterrânea de 13,2 kv que alimenta a rede aérea de distribuição. A Figura 8 mostra uma foto do local. Observar os alimentadores dos dois lados da rua. Figura 6 - E constante sem o medidor Observar que a 2 metros de altura no topo do medidor temos módulo do campo elétrico de 300 V/m. Figura 8 - Alimentadores de distribuição Figura 7 - E constante com o medidor Pode-se notar que o valor do campo na extremidade da barra varia entre 500 V/m a 1000 V/m. Esta variação dificulta o cálculo de um fator de correção entre o valor medido perturbado e o valor não perturbado na ausência do sistema de medição. Para nosso caso, estimamos que um valor de redução entre 2 e 3 parece razoável. É interessante observar que se o medidor / operador representasse um muro ou uma cerca na faixa de passagem da linha, o campo elétrico próximo a este muro estaria já perturbado em relação a um solo plano, de forma que deve-se investigar o valor do capo elétrico próximo a estruturas condutoras, particularmente próximo ao topo destas estruturas. Ver (7) para maiores detalhes da perturbação do campo elétrico por tecidos orgânicos. A Figura 9 mostra o gráfico da componente de B paralela ao solo e na direção da linha aérea, minimizando a interferência da linha aérea na medida. Figura 9 - Gráfico de B x distância

5 5 O valor de B a 25 centímetros de distância do alimentador é de 40,5 µt, quase metade do valor limite. Estimando-se o valor da corrente de modo comum que está passando pelo alimentador obtemos 50,6 A, indicando um desequilíbrio importante nas correntes deste alimentador. Observar que o valor de B cai a uma taxa menor que 1/r, mostrando a influência da linha aérea e de outras linhas subterrâneas próximas ao ponto de medição. 4 - CONCLUSÃO Os maiores valores de campo elétrico foram encontrados sob as linhas aéreas de 88 kv, resultado já esperado. Os maiores valores de densidade de fluxo magnético foram encontrados próximos às subidas dos alimentadores subterrâneos de 13.8 kv. Embora este resultado pareça inesperado, na verdade é razoável pois são estes circuitos que apresentam maiores correntes de modo comum e estão mais próximos de um transeunte que passe próximo à subestação. A medição de campo elétrico apresenta cuidados especiais devido à perturbação do campo introduzida pelo medidor, recomendando a utilização de métodos que não alterem o perfil de potenciais existente. A análise de perturbação de campo elétrico indica que em muros e cercas próximos a linhas de alta tensão, podem ser encontrados valores de campo elétrico entre 1,5 a 2 vezes maiores do que os valores encontrados em situação de solo plano. Os valores encontrados entre um terço e metade do valor limite recomendam uma maior supervisão dos valores de campo elétrico sob as linhas de 88 kv. 5 - REFERÊNCIAS (1) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica - NBR Brasil. (2) INTERNATIONAL COMMISSION ON NON- IONIZING RADIATION PROTECTION - ICNIRP. Guidelines for Limiting Exposures Exposure to Time- Varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields (Up to 300 GHz), Health Physics, Vol 74, pp , (3) NATIONAL INSTITUTE OF ENVIRONMENTAL HEALTH SCIENCES NIEHS. Questions and Answers - EMF in the WorkPlace.. A-Workplace.html (4) AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS - ACGIH. Documentation of the Physical Agents Threshold Limit Values. EUA (5) EUROPEAN COMMITTEE FOR ELECTROTECHNICAL STANDARDIZATION - CENELEC. ENV , Human exposure to electromagnetic fields Low-frequency ( 0 Hz to 10 khz). Suíça. (6) ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE - EPRI, Transmission Line Reference Book. EUA. (7) BENNET, W. H., Health and Low-Frequency Electromagnetic Fields. EUA. Finalmente, todos os valores medidos foram inferiores aos valores limites recomendados pela ICNIRP (2).