+&, -. / 0*, 1 -,2354, *. 1 -,28*1 1 3,93*: ;,6 - A a)tensão de Toque Im V t = K i K m Lt. K i = 0,172N + 0,65

Transcrição

1 Œ! " # $! &%'! ()*) ( +&, -. / 0*, -,354, *. -,8* 3,93*: ;,6 8=<?>@!. - A BC C < C5D 8*E*3F B!C GC H 3 I, 4 3*>6 E C, G 3*6 ;J 4 3*H. 8 K L M N*O P Q R S P T UV P W X M P YX Z O Palavras-chave - Injeção de Corrente, Medições de Potenciais, Potenciais de Passo e Toque. Resumo - O trabalho apresenta uma sistemática e procedimentos para Medições dos Potenciais de Passo e Toque existentes nas instalações de uma Subestação abaixadora (SE Didática.9kV) e regiões circunvizinhas, na ocorrência de uma falta à terra, interna, ou em um dos alimentadores oriundos desta Subestação. A ocorrência de um curto-circuito envolvendo a terra, é simulada através do Método da Injeção de Corrente, e a partir daí as Medições de Potenciais são efetuadas. Os valores medidos são comparados com os valores de projeto (IEEE 80/76), com os valores obtidos pela metodologia IEEE 80/86, bem como, com os valores obtidos através de um programa computacional Terra (Cargas agem) e a partir da análise desta comparação são elaboradas as conclusões e recomendações pertinentes. As tabelas, e 3 apresentam o máximo potencial de toque, passo e resitência à terra obtidos pelos diversos métodos. [ \ ] ^_`ä bcd ë a Potenciais de Passo e Toque que ocorrem quando uma corrente de curto-circuito flui através do Sistema de Aterramento de Linhas de Transmissão e Subestações podem ser a causa de perigosos choques elétricos. Durante muitos anos, a Norma IEEE 80 versão 96, parcialmente revisada em 976 [] e em 986 [] foi praticamente o único documento utilizado pelas Concessionárias e Empresas de projetos no dimensionamento de Sistemas de Aterramento. Entretanto, há mais de uma década, vários especialistas vêm levantando limitações na aplicação desta Norma. Com o desenvolvimento, na década de 70, dos programas de computador para cálculo de potenciais na superfície do solo [3], [4], [5], permitindo uma análise mais rigorosa do problema, estas limitações foram se tornando cada vez mais evidentes. Em 979, Crowford e Guiffith [6], submetendo a malha exemplo da IEEE 80 (versão 976) a uma análise computacional, detectaram várias regiões problemáticas na faixa periférica da mesma. Paralelamente, testes de injeção de corrente em malhas de aterramento [7], tem confirmado a existência de potenciais na superfície do solo superiores aos valores calculados através das metodologias IEEE 80/76 e IEEE 80/86. f \ g=h'_ ä bä i aj ] k l f \ ['g=m n o p o q o r s t] h h h=u v w x y De acordo com a metodologia IEEE 80/76 as tensões de toque e passo são calculadas pelas seguintes expressões: a)tensão de Toque V t = K i K m K m = π ln D 6hd K i = 0,7N + 0,65 + π ln b) Tensão de Passo V p = K i K s K s = π h D+h D 3D K i = 0,7N + 0,65 Sendo: V t - Tensão de toque máxima (V) V p - Tensão de passo máxima (V) z{ } ~ } ~ ~ ƒ} ƒ ƒ 5ˆ ƒ } ~ ƒ ƒ Šƒ êneo ŠŽ I m - Corrente que circula entre malha e solo (A) L t - Comprimento total de condutores enterrados L t = L h + L v (m) L h - Comprimento de condutores horizontais (m) L v - Comprimento de condutores verticais (m) D - Espaçamento entre os condutores (m) h - Profundidade da malha (m) d - Diâmetro do condutor (m) K m - Fator que leva em conta o espaçamento D, a profundidade h e o diâmetro do condutor d K i - Fator que leva em conta a não uniformidade da distribuição de corrente entre os condutores da malha...

2 Œ K s - Fator similar a K m para efeito de cálculo dos potenciais de passo Assim, aplicando os valores referentes à instalação, temos: ρ Š ρ = 79,4A h = 0,6m L t = x3 = 43m K m = 0,595 K s = 0,74603 Š Š K i = (valor utilizado no projeto) E Toque = 54,3V E Passo = 839,V f \ fg=m n o p o q o r s t ] h h hu v w u y De acordo com a Metodologia IEEE 80/86 as tensões de toque e passo são calculadas pelas seguintes expressões: a)tensão de Toque V t = K i K m K m = π ln D (D +h) h 6hd D.h 4d K i = 0, ,7N (Geométrico) b) Tensão de Passo Kii Kh ln 8 π (n-) L t = L h + L v (m) (Para malhas sem hastes, ou com poucas hastes localizadas internamente à malha fora do seu perímetro) L t = L h +,5L v (m) (Para malhas com hastes localizadas predominantemente ao longo do perímetro) L h - Comprimento de condutores horizontais (m) L v - Comprimento de condutores verticais (m) (usualmente hastes) D - Espaçamento entre os condutores (m) h - Profundidade da malha (m) d - Diâmetro do condutor (m) K ii = (Para malhas com hastes ao longo do perímetro, ou malhas com hastes nos cantos, no perímetro e em toda a área da malha) K ii = (Para malhas sem hastes, ou malhas com ( ) poucas hastes, nem localizadas nos cantos ou perímetro) n número de hastes K h - + / ho = m (Profundidade referência) N Geométrico = N Máx = Máx (Nc, Nl) Nc Número de condutores no sentido do comprimento Nl Número de condutores no sentido da largura D = / (N Geométrico - ) (m) Para cálculo de K m D = Espaçamento para N Máx (m) Para cálculo de K s Assim, aplicando os valores referentes à instalação temos: ρ ρ! "# $ % = 339,64A V p = K i K s K = s π + D+h + h K i = 0, ,7N (Máx) D n- (- 0,5 ) h = 0,6m L t = 396 +,5 x x 3 = 437,4m K m = 0,5449 K s = 0,544 K i (Toque) =,04 Sendo: V t - Tensão de toque máxima (V) V p - Tensão de passo máxima (V) z { } ~ } ~ ~ ~ Š ~ ˆ Š = ƒ } ƒ ƒ= ŠŽ K i (Passo) = 3,36 E Toque = 8,3V E Passo = 85,7V I m - Corrente que circula entre malha e solo (A) L t - Comprimento total de condutores enterrados Página /5

3 A análise do Sistema de Aterramento da SE Didática através do programa Terra, apresentou os valores das tensões de toque e passo conforme mostrado nas figuras 4 e 5. Estes potenciais foram calculados sobre os perfis definidos na planta do Sistema de Aterramento da SE Didática (Coelba) conforme Fig.3. A tabela apresenta as tensões de mesh máximas (mesh do canto) obtidas através do programa Terra, metodologia IEEE-80/76, metodologia IEEE-80/86 e valores medidos (normalizadas para GPR = 5770,5V). A tabela apresenta as tensões de Passo máximas obtidas pelas diversas metodologias utilizadas (normalizadas para GPR = 5770,5V). Para determinação do perfil de potenciais de Passo foi escolhido um eixo partindo da quina da malha coincidente com o prolongamento da diagonal das mesh de canto. O máximo valor encontrado ocorreu no primeiro metro do eixo escolhido a partir do vértice. É possível através de uma pesquisa exaustiva na região da quina da malha, encontrar dois pontos afastados de um metro que apresente uma diferença de potencial maior do que a que foi encontrada na presente análise. Entretanto, além das dificuldades óbvias de se empreender tal pesquisa, não cremos que a diferença seria significativa. Malha SE Didática 8,5m x 5m TABELA Tensão de mesh (Toque) Volts Terra IEEE 80/76 IEEE 80/86 V medido 04 54,3 8,3 579,5 Notas : d - diâmetro do condutor 0,009m (50mm ) h - profundidade da malha 0,6m Malha SE Didática 8,5m x 5m TABELA Tensão de passo máxima (Volts) Terra IEEE 80/76 IEEE 80/86 V medido , 85,7 54 Os Potenciais de Toque e Passo existentes na SE Didática foram medidos através do método de injeção de corrente (Fig. ). O arranjo utilizado leva em consideração a influência da resistência do corpo R B e das resistências de contato R F (entre pé e solo) nos valores medidos. Foram utilizados dois eletrodos para representar a influência dos pés e um resistor (k! resistência do corpo (Fig. ). A localização dos pontos medidos está indicada na Fig. 3. " #$ %& ('# ) & ( # ( * + A tabela 3 apresenta os valores das resistências de aterramento da malha da SE Didática, calculadas pelas metodologias IEEE 80 76, IEEE 80 86, programa Terra e valor medido (Método Potential Fall). IEEE IEEE Terra Valor Medido Potential Fall TABELA 3 Método R malha (, 0,65 6,99 6,79 9,5 - #$ ). ( & / A partir das tabelas e pode-se observar que os resultados obtidos com a IEEE 80/76[] de modo geral apresentaram uma correlação muito pobre com aqueles obtidos com o Terra. A formulação proposta na IEEE 80/86[] apresentou potenciais de toque inferiores e potenciais de passo superiores àqueles obtidos com o Terra. Os valores medidos de potenciais de toque e passo apresentaram-se inferiores aos calculados pela metodologia IEEE 80/86, bem como, pelo aplicativo Terra. A visualização da Figura permite observar que a queda de tensão sobre a resistência do corpo R B é somente uma fração da tensão de toque total U T ou da tensão de passo total U S, o restante compondo a queda de tensão sobre R F, a resistência de contato entre os pés do indivíduo e a terra, explicando desta forma a menor amplitude dos valores medidos. 0 ) # )/ % ) # As configurações atuais dos sistemas de aterramento, vem sofrendo significativas mudanças notadamente em relação à sua geometria, dificultando desta forma a aplicação dos equacionamentos propostos pela literatura existente. Além disso, o crescimento do Sistema Elétrico tem implicado em níveis de curto-circuito crescentes. Desta forma, a utilização de aplicativos de engenharia no dimensionamento de Sistemas de Aterramento torna-se uma necessidade. A medição de Potenciais de passo e toque à época do comissionamento é de fundamental importância como ferramenta de feedback ao projeto, bem como uma forma de garantia da segurança. Página 3/5

4 . / Perfil DIDA Perfil DIDA DG D 700m MALHA AUXILIAR F D G3 i i i Fig.3 Planta e perfis calculados. i i i i SISTEMA DE ATERRAMENTO SE DIDÁTICA i Fig. Circuito de Injeção de Corrente. Fig.4 Potenciais ao longo do Perfil DIDA Figura Choque Elétrico causado por Potenciais de Passo e Toque (a), Circuito Equivalente (b), Distribuição de Potenciais na Superfície do Solo (c). Fig.5 Potenciais ao longo do Perfil DIDA Página 4/5

5 . '# ) [] IEEE Std 80/76 IEEE Guide For Safety In AC Current Substation Grounding [] ANSI/IEEE Std 80/86 IEEE Guide For Safety In AC Substation Grounding [3] Optimum Design of Substation Grounding in a Two Layer Earth Structure IEEE PAS Vol.94 n o March/April 975. [4] Multi Step Analysis of Interconnected Ground Eletrodes IEEE PAS Vol.95 n o Jan/feb 976. [5] Computation of Potential at Surface Above an Energized Grid or Other Eletrode, Allowing Non- Uniform Current Distribution IEEE PAS Vol.98 n o 6 Nov/Dec 979. [6] A Closer Look at the Facts of life in Ground Mat Design IEEE IAS Vol. IA-5 n o 3 May/June 979. [7] Testes de Injeção de Corrente em Malhas de Aterramento de Subestações VII SNPTEE BSB/GSE/0 Brasília DF 984 [8] Programa Terra Cálculo de Aterramento para Sistemas Elétricos Rio de Janeiro Novembro de 989 [9] Field Measurements of Touch and Step Voltages IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems Vol Pas 03, N o II, November 984 [0] Memória de Cálculo Sistema de Aterramento SE Didática COELBA Página 5/5