Sistema de Aterramento das Torres

Transcrição

1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ Faculdade de Engenharia - FEN Transmissão de Energia Elétrica II Professor PDSc. José Eduardo Telles Villas Grupo: Sistema de Aterramento das Torres 0 Gabriel Brandão Jessica Lemos Leonardo Sondermann Lucas Impieri Marisol Barros

2 Objetivo 0 Resistência de terra tenha valores os mínimos possíveis 0 Potências fiquem dentro do limite de segurança; 0 Tornar os equipamentos de proteção mais sensíveis, fazendo com que as correntes de fuga a terra sejam isoladas rapidamente; 0 Permitir um escoamento seguro das correntes de descarga atmosférica; 0 Eliminar as cargas estáticas geradas nas carcaças dos

3 Objetivo 0 Ao ocorrer um curto circuito ou corrente de defeito para a terra, espera-se que a corrente seja elevada o suficiente para que a proteção atue, eliminando o defeito o mais rápido possível. Enquanto a proteção não atua, a corrente de defeito escoa para o solo, e gera potenciais distintos nas massas metálicas e superfícies do solo.

4 Premissas 0 Resistividade do solo; 0 Teor de umidade; 0 Temperatura;

5 Métodos 0 O levantamento destes valores de resistividade são feitos através de medições em campo, utilizando métodos de prospecção geoelétrico: 0 Wenner; 0 Lee; 0 Schlumberger - Palmer.

6 Método de Wenner 0 Utiliza um Megger para medir os valores de resistência necessários para o cálculo de resistividade do solo. 0 Este instrumento possuí dois terminais de corrente e dois de potencial. 0 As medidas são realizadas fazendo circular, por meio da fonte interna do aparelho, uma corrente elétrica entre as duas hastes externas que estão conectadas aos terminais de corrente C1 e C2. O aparelho indica na leitura o valor da resistência elétrica medido entre as hastes ligadas aos terminais de potencial P1 e P2.

7 Método de Wenner 0 Hastes: 50 cm de comprimento com diâmetro entre 10 e 15 mm; 0 As hastes deverão estar sempre alinhadas, igualmente espaçadas, cravadas a uma mesma profundidade (20 a 30 cm) e bem limpas, isentas de óxidos ou gorduras; 0 O aparelho deverá estar posicionado simetricamente entre as hastes; 0 As condições do solo deverão ser levadas em consideração (seco ou úmido);

8 Método de Wenner

9 Tipos de Arranjos 0 Eletrodos verticais (Hastes) 0 Contrapesos Horizontais

10 Eletrodos Verticais (Hastes)

11 Eletrodos Verticais (Hastes) 0 Complemento do aterramento por contrapeso. 0 Quando o solo apresentar uma alta condutividade, obtemos menores valores de resistência com o aumento da profundidade dos eletrodos, assim somente é usado os eletrodos verticais(haste). 0 Múltipla diminuição da resistência, já que há uma dispersão alta da corrente, e são atingidas camadas do solo onde a condutividade é maior (camadas úmidas).

12 Eletrodos Verticais (Hastes) 0 Quanto maior a haste, mais riscos corremos de atingir dutos subterrâneos (telefonia, gás, etc...) na hora da sua instalação. 0 Para um boa resistência de terra (menor que 10 Ohms), agrupamos mais de uma barra em paralelo.

13 Tipos de Matérias Básicos: 0 Copperweld (haste com alma de aço revestida de cobre); 0 Cantoneira (trata-se de uma cantoneira de ferro zincada ou de alumínio).

14 Eletrodos Verticais (Hastes) 0 Desvantagens: 0 Solo com alta resistividade, que acarretaria na maior quantidade de hastes, que consequentemente reduz a eficiência de cada um. 0 Solos com altas resistividades normalmente apresentam grandes resistências à penetração, o que dificultaria a cravação das hastes a grandes profundidades, e assim tornando-a menos eficiente.

15 Contrapesos Horizontais 0 Sistema mais usado em linhas de transmissão, podem atingir toda a área de servidão. 0 Reduz a resistência de aterramento a valores aceitáveis, como não necessita a grande penetração do solo podemos atingir esses valores até mesmo em solos com a resistividade elevada, somente aumentando a o comprimento e o numero de contrapesos. 0 A profundidade que se enterra os contrapesos normalmente é de 0,5 a 0,6 metros.

16 Contrapesos Horizontais 0 Desvantagem: Estão bem próximos a superfície portanto estão mais sujeitos a corrosão. 0 Ilustração dos sistemas com torres autoportantes e estaiadas respectivamente.

17 Contrapesos Horizontais 0 Torres autoportantes.

18 Corrosão por Agressividade do Solo Os principais fatores que determinarão a agressividade do solo sobre os metais são: 0 umidade 0 aeração 0 acidez 0 sais dissolvidos 0 condutividade elétrica 0 micro-organismos

19 Corrosão Galvânica 0 O contato metálico entre metais de eletropositividades diferentes pode dar origem a este tipo de corrosão 0 Para que isso ocorra, é necessário, que o contato esteja sob a ação de um eletrólito, o que não ocorrerá caso a conexão seja dentro do concreto das fundações. 0 No caso do uso de fundações em grelha metálica ou que a conexão tenha que ser feita externa ao concreto, a correta especificação das ferragens de fixação do contrapeso à torre eliminaria esse problema.

20 Comparação dos Materiais 0 Cobre - um material nobre, resistência à corrosão relativamente alta. 0 Aço galvanizado - resistência à corrosão aceitável. 0 Alumínio - resistência à corrosão inferior.

21 Custos dos Materiais 1 - Contrapeso de Aço Galvanizado: 0 Mais vantajoso, no ponto de vista econômico; 0 Não pode ser utilizado em solo muito agressivo à galvanização.

22 0 Maior confiabilidade do sistema de aterramento, ao longo da vida útil das 2 Copperweld: 0 Alia as principais características do cobre e do aço, resultando em ótimo desempenho sob os pontos de vista mecânico e elétrico; 0 Grande durabilidade e reduzido risco de furto. 0 Custo inferior ao do Cobre. 3 - Contrapeso de Cobre: 0 Apresenta elevado custo; 0 Apresenta o melhor desempenho; 0 Possui grande condutividade e alta resistência a corrosão; 0 Baixa resistência mecânica;

23 Cabos Contrapesos 0 São condutores enterrado no solo ao longo da faixa de segurança da linha. 0 Possuem o objetivo de reduzir a resistência de aterramento da estrutura, torre ou poste.

24 Cabos Contrapesos 0 Eletrodo metálico representado através de um circuito composto de um sinal de entrada que em nosso caso podendo ser uma descarga atmosférica, conectado diretamente nesse eletrodo pertencente a determinado conjunto de aterramento.

25 Cabos Contrapesos 0 Pode-se identificar um eletrodo metálico enterrado através dos seus parâmetros.

26 Cabos Contrapesos (modelo ) Parâmetros: 0 Ø 0 - indutância própria do condutor; Ø - comprimento do cabo; Ø - diâmetro do cabo; Ø - resistividade do cabo; Ø - resistência própria do cabo; Ø - resistividade do solo; Ø - indutância mútua entre o cabo e o solo; Ø - capacitância entre cabo e solo; Ø - condutância entre cabo e solo; Ø - admitância entre cabo e solo;

27 Cabos Contrapesos (modelo ) 0 0 Os parâmetros elétricos necessários para a modelagem de cabos contrapesos são descritos pelas seguintes equações: 0 ; ; ; 0 Onde é a velocidade da luz no vácuo. 0 0 é a resistência de aterramento considerando o contato com solo para uma haste enterrada.

28 Cabos Contrapesos (modelo ) 0 0 Na representação de cabos contrapesos pelo modelo com os parâmetros concentrados, se leva em supõe o cabo como uma linha de transmissão com a extremidade em aberto.

29 Cabos Contrapesos (Bitola) 0 Parâmetro de alta importância na escolha de um contrapeso. 0 Além do fato de reduzir a resistência elétrica do cabo, ela deve ser tal que proveja ao cabo um grau de resistência mecânica adequada para o projeto em questão. 0 O cabo deve ter uma boa resistência a fusão, pois deve ser projetado para suportar altas correntes. 0 Para efeitos práticos, são estabelecidos os seguintes limites: 0 Bitola mínima de 6,54 mm; 0 Temperatura máxima de 250 C;

30 Cabos Contrapesos (Ampacidade) 0 Ampacidade é um termo que se refere à carga máxima de corrente que um cabo pode carregar. 0 Durante curtos intervalos de tempo um condutor suporta a passagem de uma corrente, sem perder suas propriedades, muito maior que a corrente em regime. 0 Devido ao curto intervalo de tempo em consideração se admite que a transferência de calor para o solo seja zero.

31 Cabos Contrapesos (Ampacidade) 0 Considerando um condutor de cobre a 25 C, que ele esteja operando em condições normais e que não seja atingido o limite térmico de 250 C. Onde: - Corrente máxima, em ; - Área, em ; - Calor específico, em ; - Peso específico, em ; - Coeficiente térmico de resistência a ; - Resistividade elétrica à ; - Temperatura Inicial do cabo, em ; - Temperatura Limite do cabo, em ; - Duração da falta adotada, em ;

32 Geometria do Sistema de Aterramento Interligacão dos Contrapesos de LT s Paralelas Contrapesos assumem configurações aproximadamente radiais devido às limitações do espaço disponível para instalação 0 Diminui a corrente que circula em cada cabo para-raios, sendo possível a redução de sua bitola. 0 Redução da resistência de aterramento e uma consequente melhora do desempenho de cada LT (redução na taxa de saída) para esse tipo de fenômeno.

33 Geometria do Sistema de Aterramento Interligacão dos Contrapesos de LT s Paralelas 0 Possível a ocorrência de descargas consecutivas em duas LT s, o que diminuiria consideravelmente a confiabilidade do sistema 0 Aumenta o risco de acidentes, sendo aconselhável, mesmo em LT s desenergizadas, que se tomem todas as precauções usuais de manutenção em linha viva.

34 Geometria do Sistema de Aterramento Ligação por Proximidade 0 Os sistemas de aterramento das LT s estão acoplados magneticamente, em razão do paralelismo geométrico dos contrapesos, com isso a corrente dispersada pode ser captada por outro cabo. 0 Recomendável um espaçamento de cinco metros, no mínimo, entre os sistemas de aterramento das LT s, valor que permite assegurar uma razoável margem de segurança.

35 Critério de Resistência de Aterramento O uso de um único eletrodo apresenta grande aplicabilidade, porém, as condições de resistividade do solo não permitiriam alcançar os valores de resistência de aterramento. Comumente, os critérios para impedância de pé de torre são definidos da seguinte forma: Valor desejável: Resistência menor ou igual a 20 Ohms; Valor aceitável: Resistência entre 20 e 30 Ohms; Valor crítico: Resistência maior que 30 Ohms.

36 Critério de Resistência de Aterramento Configuração Básica de Sistema de Aterramento Fases de Construção por Faixas de resistividade do Solo. Fase I: (ρ) < Ω.m RT < 20,7 Ω Fase II: Ω.m (ρ) < Ω.m 14 Ω RT < 19,3 Ω

37 Critério de Resistência de Aterramento Configuração Básica de Sistema de Aterramento Fases de Construção por Faixas de resistividade do Solo. Fase III: Ω.m (ρ) < Ω.m 14,9 Ω RT < 20,5 Ω Fase IV: Ω.m (ρ) < Ω.m 14,3 Ω RT < 19,5 Ω

38 Expressões Para Cálculo da Resistência de Aterramento de Algumas Configurações Típicas Onde: a = raio da seção reta do eletrodo d = profundidade dos eletrodos ρ = resistividade aparente (ρa) L = comprimento do fio contrapeso em m.

39 Expressões Para Cálculo da Resistência de Aterramento de Algumas Configurações Típicas

40 Comportamento Dinâmico do Sistema de Aterramento Podem ser identificadas três características principais do comportamento do contrapeso. a) A Impedância do Sistema de Aterramento é variável com o tempo. Comportamento Dinâmico do Sistema de Aterramento de uma Torre - Eletrodos Horizontais (Contrapesos); - Eletrodos Verticais (Hastes).

41 Comportamento Dinâmico do Sistema de Aterramento

42 Comportamento Dinâmico do Sistema de Aterramento b) O contrapeso paralelo à LT está acoplado magneticamente a ela. 0)Cabos para-raios e contrapesos paralelos podem ser considerados como um sistema de transmissão de impedância de surto relativamente baixa 0)Qualquer corrente que passe pelo cabo para-raios e pelo contrapeso aumenta, fazendo com que a diferença de potencial entre o condutor e a torre é reduzida, diminuindo a probabilidade de descarga fase-terra.

43 Comportamento Dinâmico do Sistema de Aterramento c) O potencial da torre é aumentado pela reflexão, no terminal em aberto do contrapeso, das ondas que trafegam por ele. 0)A velocidade de propagação do surto atmosférico no contrapeso é baixa, de modo que quando as reflexões retornarem, o surto atmosférico já terá passado por seu valor de crista; 0)A magnitude das reflexões é relativamente pequena, tendo em vista a grande dispersão; 0) A resistência de dispersão final a 60 Hz é

44 Comportamento Dinâmico do Sistema de Aterramento Resistências de um Sistema de Aterramento a 60 Hz de uma Torre função das extensões dos ramais dos contrapesos. Valor de Resistividade Elétrica do Solo: 200 Ω.m.

45 Modelo para Representação do Comportamento do Sistema de Aterramento de uma Torre para Surtos Atmosféricos Quanto maior o número de caminhos (ramais) pelos quais pode circular a corrente, menor a impedância de surto inicial. Em contrapartida, maior a proximidade entre cada ramal e, portanto, menor sua eficiência na dispersão de corrente.

46 Referências 0 0 Sistema de aterramento com cabo contrapeso representado por linha de transmissão implementado em MatLab com circuito em cascata (dissertação de pós-graduação) 0 Caderno de linhas de transmissão 2 Projeto mecânico 0 Conceitos básicos sobre aterramento José Osvaldo S. Paulino 0 FILHO S. V. Aterramento elétrico 1 ed.