Dissertacao Fabio Gabriel Oliveira
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FBIO GABRIEL DE OLIVEIRA
ESTUDO DE INSTALAES DE LINHAS SUBTERRNEAS DE ALTATENSO COM RELAO A CAMPOS MAGNTICOS
So Paulo2010
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FBIO GABRIEL DE OLIVEIRA
ESTUDO DE INSTALAES DE LINHAS SUBTERRNEAS DE ALTATENSO COM RELAO A CAMPOS MAGNTICOS
Dissertao apresentada EscolaPolitcnica da Universidade de So Paulopara obteno do ttulo de Mestre emEngenharia
So Paulo2010
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FBIO GABRIEL DE OLIVEIRA
ESTUDO DE INSTALAES DE LINHAS SUBTERRNEAS DE ALTATENSO COM RELAO A CAMPOS MAGNTICOS
Dissertao apresentada EscolaPolitcnica da Universidade de So Paulopara obteno do ttulo de Mestre emEngenharia
rea de concentrao:Sistemas de Potncia
Orientador:Prof. Dr. Jos Roberto Cardoso
So Paulo2010
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Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sobresponsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador.
So Paulo, de agosto de 2010.
Assinatura do autor ____________________________
Assinatura do orientador _______________________
FICHA CATALOGRFICA
Oliveira, Fbio Gabriel deEstudo de instalaes de linhas subterrneas de alta tenso
com relao a campos magnticos / F.G. de Oliveira. -- ed.rev. --So Paulo, 2010.
p.
Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidadede So Paulo. Departamento de Engenharia de Energia e Auto-mao Eltricas.
1. Linhas subterrneas de transmisso de energia eltrica2. Cabos eltricos 3. Campo magntico I. Universidade de SoPaulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia deEnergia e Automao Eltricas II. t.
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iDEDICATRIA
Dedico este trabalho minha famlia.
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ii
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Jos Roberto Cardoso, pela orientao e sugestes na conduo desta
pesquisa. Agradeo-lhe pela confiana e pela oportunidade de realizar este trabalho.
Ao Dr. Mario Leite Pereira Filho, pelo interesse, pelas sugestes e pelo auxlio na
realizao da parte prtica deste trabalho. Agradeo-lhe pelas orientaes e
recursos disponibilizados para a medio de campo magntico das linhas
subterrneas.
Ao Eng. Alosio Jos de Oliveira Lima, por compartilhar seus amplos conhecimentos
sobre sistemas subterrneos, os quais foram imprescindveis para o
desenvolvimento deste trabalho. Agradeo-lhe tambm pela pacincia, pelo
desprendimento ao compartilhar sua experincia, pelos incentivos e, sobretudo, por
sua amizade.
Eng. Simone Moreira Dias, pela sua valiosa ajuda durante a campanha de
medio de campo magntico das linhas subterrneas. Agradeo-lhe tambm pela
sua dedicao, pacincia, carinho e companheirismo durante todas as etapas de
desenvolvimento deste trabalho.
Prysmian Energia Cabos e Sistemas do Brasil SA, por disponibilizar todos os
recursos necessrios para a realizao deste trabalho. Agradeo especialmente ao
Eng. Carlos Alberto Ferreira Godinho e ao Eng. Woong Jin Lee, no s pelo
incentivo, mas tambm, pela compreenso e tolerncia em nossas atividades
conjuntas no setor de Engenharia de Projetos da Prysmian.
AES Eletropaulo, por contribuir para a parte experimental deste trabalho. Agradeo
especialmente aos funcionrios Jos de Melo Camargo e Gilmar Cesar Domingues
Filho, no s pela ateno prestada ao disponibilizar os valores das correntes das
linhas subterrneas de concesso da AES Eletropaulo, como tambm, pelo auxlio
nas medies.
ISA CTEEP, por disponibilizar os valores das correntes da linha subterrnea de
sua concesso. Agradeo especialmente aos funcionrios Carlos Augusto Pascon,
Samuel Elias de Souza e Luiz Adriano dos Santos Filho, pela ateno e pelo auxlio
durante a campanha de medio de campo magntico.
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iii
Eng. Carla Damasceno Peixoto, pela ateno e contribuio parte experimental
deste trabalho, ao disponibilizar os valores das correntes e da medio do campo
magntico realizada na linha subterrnea de concesso da LIGHT.
Ao grupo de trabalho B1 do Cigr Brasil, especialmente ao Eng. Jlio Csar Ramos
Lopes e ao Eng. Eduardo Karabolad Filho, pela troca de informaes valiosas para o
desenvolvimento deste trabalho.
Aos colegas Giuseppe Marco Di Marzo, Ricardo Bechara e Katheryne Nuez pelo
convvio sempre amigvel e pela troca de experincias durante o programa de
mestrado.
Finalmente, agradeo a meus familiares, por haverem me proporcionado todos os
meios necessrios para que este trabalho pudesse ser desenvolvido.
-
iv
No estamos na obra do mundo para
aniquilar o que imperfeito, mas para
completar o que se encontra inacabado.
(Emmanuel)
-
vRESUMO
Atualmente, a intensidade de campo eltrico, campo magntico e campo
eletromagntico um fator determinante no s para a implantao de novas
instalaes, mas tambm, para as instalaes existentes no sistema eltrico. Apesar
de no existir nenhum estudo conclusivo que comprove a evidncia direta entre a
exposio a estes campos e os efeitos nocivos na sade das pessoas, muitos
pases, inclusive o Brasil, definiram em suas legislaes limites bsicos exposio
de campos eltrico e magntico provenientes dos sistemas eltricos.
Este trabalho tem como objetivo contribuir para anlise de campo magntico de
linhas subterrneas de alta tenso existentes ou linhas em fase inicial de projeto,
visando atender os limites de exposio vigentes na legislao local.
Nele apresentada a metodologia de clculo de campo magntico baseada na Lei
de Biot-Savart e no princpio da superposio. Estudos analticos para verificao da
influncia dos parmetros de instalao e eltricos de linhas sobre o campo
magntico so apresentados para linhas subterrneas de alta tenso compostas por
um e dois circuitos com diferentes tipos de instalao e aterramentos.
Comparaes entre valores analticos e valores de medies de campo magntico
de linhas subterrneas de alta tenso existentes em operao tambm so
abordadas neste trabalho.
As principais tcnicas de mitigao de campo magntico utilizadas em linhas
subterrneas de alta tenso, tais como tcnicas de compensao envolvendo laos
de cabos e tcnicas de blindagens com materiais metlicos externos aos cabos,
tambm so apresentadas.
Devido ao campo eltrico externo ao cabo isolado ser praticamente zero, assuntos
referentes a este campo no so abordados neste trabalho. Por simplicidade, campo
magntico refere-se densidade de fluxo magntico neste documento.
Palavras-chave: Linhas subterrneas de transmisso de energia eltrica. Cabos
eltricos. Campo magntico.
-
vi
ABSTRACT
Nowadays, the intensity of electric field, magnetic field and electromagnetic field is a
determining factor, not only for implantation of new installations, but also for existing
installations in the power system. Although no exist conclusive study that proves the
direct evidence between exposure to these fields and adverse effects on human
health, many countries, including Brazil, have defined in their laws basic limits for
exposure to electric and magnetic fields produced by the electric system.
This work aims to contribute to analysis of magnetic field for both existing high
voltage underground lines and lines in initial stage of project, aiming the actual
exposure limits of the local legislation.
In it, is shown the magnetic field calculation methodology based on the Biot-Savarts
law and the superposition principle. Analytical studies to verify the influence of
installation and electrical parameters of lines on the magnetic field are presented for
high voltage underground lines consist of one and two circuits with different types of
installation and earthing.
Comparisons between analytical and measurement values of magnetic field of
existing high voltage underground lines in operation are also addressed in this work.
The main mitigation techniques of magnetic field used in high voltage underground
lines, such as compensation techniques by loop of cables and shielding by metallic
materials, are also presented.
Due the electric field outside the insulated cable be practically zero, issues related to
the electric field are not addressed in this work. For simplicity, the magnetic field
refers to the magnetic flux density in this document.
Keywords: Underground electrical power transmission lines. Electric cables.
Magnetic field.
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vii
LISTA DE ILUSTRAES
Figura 1 Elementos construtivos de um cabo extrudado para tenses superiores a
35 kV ...........................................................................................................................6
Figura 2 Esquema de aterramento pelo mtodo both ends bonding ...................10
Figura 3 Esquema de aterramento pelo mtodo cross-bonding ..........................11
Figura 4 Esquema de aterramento pelo mtodo single-point bonding.................12
Figura 5 Disposio plana horizontal para um circuito e para dois circuitos ..........14
Figura 6 Disposio plana vertical para um circuito e para dois circuitos ..............15
Figura 7 Disposio triangular para um circuito e para dois circuitos.....................16
Figura 8 Fluxograma de clculo do campo magntico em funo do tipo de
aterramento da linha .................................................................................................31
Figura 9 Distribuio do campo magntico para um circuito com disposio plana
horizontal...................................................................................................................34
Figura 10 Distribuio do campo magntico para um circuito com disposio plana
vertical .......................................................................................................................35
Figura 11 Distribuio do campo magntico para um circuito com disposio
triangular ...................................................................................................................36
Figura 12 Distribuio do campo magntico para dois circuitos com disposio
plana horizontal .........................................................................................................37
Figura 13 Distribuio do campo magntico para dois circuitos com disposio
plana vertical .............................................................................................................38
Figura 14 Distribuio do campo magntico para dois circuitos com disposio
triangular ...................................................................................................................39
Figura 15 Medio de campo magntico na superfcie ..........................................41
Figura 16 Equipamento de medio de campo magntico ....................................42
Figura 17 Caso real 1 Caractersticas geomtricas da linha e localizao dos
pontos de medio ....................................................................................................43
Figura 18 Comparao grfica entre valores calculados e valores de medio de
campo magntico para o caso real 1 ........................................................................44
-
viii
Figura 19 Caso real 2 Caractersticas geomtricas da linha e localizao dos
pontos de medio ....................................................................................................45
Figura 20 Comparao grfica entre valores calculados e valores de medio de
campo magntico para o caso real 2 ........................................................................46
Figura 21 Caso real 3 Caractersticas geomtricas da linha e localizao dos
pontos de medio ....................................................................................................47
Figura 22 Comparao grfica entre valores calculados e valores de medio de
campo magntico para o caso real 3 ........................................................................48
Figura 23 Caso real 4 Caractersticas geomtricas da linha e localizao dos
pontos de medio ....................................................................................................49
Figura 24 Comparao grfica entre valores calculados e valores de medio de
campo magntico para o caso real 4 ........................................................................50
Figura 25 Compensao passiva de campo magntico.........................................52
Figura 26 Exemplos de posicionamento de laos para linhas compostas por
circuito com disposio triangular e disposio plana horizontal. .............................53
Figura 27 Compensao ativa de campo magntico. ............................................54
Figura 28 Caixa de emendas com a posio dos laos de compensao. ............56
Figura 29 Perfil do campo magntico eficaz ao longo do eixo transversal dos
cabos, incluindo a caixa de emendas com os laos passivos...................................57
Figura 30 Linhas de campo numa placa de material magntico sobre influncia de
uma fonte de campo magntico (bobina) ..................................................................58
Figura 31 Distribuio de linhas de campo magntico na presena de blindagens
ferromagnticas. (a) blindagem com geometria fechada e fonte externa. ....................
(b) blindagem com geometria aberta.........................................................................59
Figura 32 Detalhes de blindagem ferromagntica constituda por tubos. (a) Seco
transversal do tubo. (b) Perfil longitudinal com detalhe do contato entre tubos. .......60
Figura 33 Detalhes de blindagem ferromagntica constituda por raceway.
(a) Seco transversal do raceway. (b) Perfil longitudinal com detalhe do contato
entre raceways e tampa..........................................................................................62
Figura 34 Arranjo composto por circuito instalado em plano vertical blindado com
placas planas ferromagnticas. (a) Seco transversal. (b) Perfil longitudinal. ........64
Figura 35 Arranjo composto por circuito instalado em plano horizontal blindado
com placas na forma de U invertido.(a) Seco transversal.(b) Perfil longitudinal 65
-
ix
Figura 36 Tcnica de blindagem ferromagntica constituda por raceway.
(a) Seco transversal do raceway. (b) Instalao do raceway. .............................68
Figura 37 Perfil do campo magntico eficaz ao longo do eixo transversal da linha,
considerando-se a ausncia e a presena da blindagem ferromagntica constituda
por raceway. ...........................................................................................................69
Figura 38 Distribuio de linhas de campo magntico na presena de blindagens
condutivas. ................................................................................................................70
Figura 39 Arranjo composto por circuito instalado em plano horizontal e blindado
com placas planas condutivas. (a) Seo transversal. (b) Perfil longitudinal. ...........72
Figura 40 Arranjo composto por circuito instalado em plano horizontal blindado
com placas condutivas na forma de U invertido. (a) Seco transversal. (b) Perfil
longitudinal. ...............................................................................................................74
Figura 41 Arranjo composto por circuito instalado em plano horizontal blindado
com placas na forma de H. (a) Seco transversal. (b) Representao em planta.76
Figura 42 Tcnica de blindagem condutiva com geometria H. (a) Seco
transversal da instalao. (b) Instalao das placas de alumnio..............................78
Figura 43 Resultados de medies de campo magntico na superfcie e a 1 m
acima, com e sem presena da blindagem condutiva de geometria H. ..................79
Figura 44 Sistema de transmisso aterrado em ambas extremidades...................87
Figura 45 Campo magntico gerado por um filamento condutor infinitamente
longo .........................................................................................................................91
Figura 46 Esquema de sistema subterrneo para clculo do campo magntico ...91
Figura 47 Diagrama vetorial para o clculo do campo magntico mximo ............93
Figura 48 Exemplo de clculo 1 Um circuito com disposio triangular e
aterramento both ends bonding ..............................................................................98
Figura 49 Exemplo de clculo 2 Dois circuitos com disposio plana vertical e
aterramento cross-bonding ...................................................................................103
Figura 50 Curva campo magntico versus resistividade eltrica do solo .............106
Figura 51 Curva campo magntico versus resistncia eltrica CA da blindagem
metlica do cabo .....................................................................................................107
Figura 52 Curva de magnetizao de materiais ferromagnticos normalmente
empregados em blindagens para mitigao do campo magntico..........................108
-
xLISTA DE TABELAS
Tabela 1 Limites de exposio aos campos eltrico e magntico para linhas de
transmisso definidos pela ICNIRP.............................................................................3
Tabela 2 Limites de exposio aos campos eltrico e magntico para linhas de
transmisso definidos pela Portaria N 80 da SVMA - SP...........................................4
Tabela 3 Valores de medio e valores calculados de campo magntico para o
caso real 1.................................................................................................................43
Tabela 4 Valores de medio e valores calculados de campo magntico para o
caso real 2.................................................................................................................45
Tabela 5 Valores de medio e valores calculados de campo magntico para o
caso real 3.................................................................................................................47
Tabela 6 Valores de medio e valores calculados de campo magntico para o
caso real 4.................................................................................................................49
Tabela 7 Propriedades magnticas dos materiais ferromagnticos utilizados como
blindagens...............................................................................................................109
Tabela 8 Condutividade eltrica de alguns materiais ferromagnticos ................109
Tabela 9 Condutividade eltrica dos principais materiais condutivos...................111
-
xi
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
EPR Borracha etilenopropileno
FEM Fora eletromotriz
ICNIRP International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection
LTA Linhas de Transmisso Areas
LSAT Linhas Subterrneas de Alta Tenso
OMS Organizao Mundial da Sade
PEAD Polietileno de alta densidade
PEMD Polietileno de mdia densidade
PVC Cloreto de polivinila
SVMA Secretaria do Verde e do Meio Ambiente
XLPE Polietileno reticulado
-
xii
LISTA DE SMBOLOS
B densidade de fluxo magntico, em [T]
B vetor complexo associado ao campo magntico, em [T]
B mdulo do vetor B , em [T]
efB valor do campo magntico eficaz, em [T]
maxB valor mximo do campo magntico, em [T]
minB valor mnimo do campo magntico, em [T]
nB vetor complexo associado ao campo magntico gerado pelo cabo n,
em [T]
nynx BB , vetores complexos associados s componentes de nB nas direes x
e y respectivamente, em [T]
yx BB , vetores complexos associados resultante do campo magntico nas
direes x e y respectivamente, em [T]
yixi B,B vetores complexos associados s projees de xB e yB no eixo
imaginrio j, em [T]
yixi BB , valores das componentes imaginrias dos vetores xiB e yiB
respectivamente, em [T]
yrxr B,B vetores complexos associados s projees de xB e yB nos eixos x e
y respectivamente, em [T]
-
xiii
yrxr BB , valores das componentes reais dos vetores xrB e yrB
respectivamente, em [T]
d profundidade de instalao da fase mais prxima da superfcie, em [m]
mn dd , profundidade dos cabos n e m, em [m]
nmD distncia entre os centros dos cabos "n" e "m", em [m]
D distncia equivalente de retorno pelo solo, em [m]
e constante matemtica
nE vetor complexo associado a tenso induzida na blindagem metlica do
cabo "n", em [V/km]
f frequncia do sistema, em [Hz]
g distncia entre circuitos, em [m]
H intensidade do campo magntico, em [A/m]
h altura do ponto de interesse em relao superfcie do solo, em [m]
I vetor complexo associado a corrente resultante que gera campomagntico, em [A]
cI valor nominal da corrente do condutor do cabo, em [A]
cnI vetor complexo associado a corrente do condutor do cabo "n", em [A]
bnI vetor complexo associado a corrente induzida na blindagem metlica
do cabo "n", em [A]
nI vetor complexo associado a corrente do cabo "n" que gera campo
magntico, em [A]
-
xiv
j unidade imaginria [j = 1 ]
M coeficiente para clculo de t
r distncia radial do filamento condutor, em [m]
bnR resistncia eltrica em corrente alternada da blindagem metlica do
cabo n temperatura de operao, em [/km]
bnr raio mdio geomtrico da blindagem metlica do cabo n, em [m]
S potncia aparente da linha subterrnea de alta tenso, em [MVA]
s espaamento entre fases do circuito, em [m]
V tenso entre fases da linha subterrnea de alta tenso, em [kV]
x coordenada horizontal do ponto de interesse em relao ao eixo y,
em [m]
mn XX , coordenada horizontal do cabo "n" e coordenada horizontal do cabo
"m" em relao ao eixo y, em [m]
bnbmZ vetor complexo associado a impedncia mtua entre a blindagem
metlica do cabo "n" e a blindagem metlica do cabo "m", com retorno
pelo solo, em [/km]
bnbnZ vetor complexo associado a impedncia prpria da blindagem metlica
do cabo "n", com retorno pelo solo, em [/km]
cnbmZ vetor complexo associado a impedncia mtua entre o condutor do
cabo "n" e a blindagem metlica do cabo "m", com retorno pelo solo,
em [/km]
cnbnZ vetor complexo associado a impedncia mtua entre o condutor e a
blindagem metlica do cabo "n", com retorno pelo solo, em [/km]
-
xv
fasor auxiliar de defasagem para equilbrio das correntes
profundidade de penetrao, em [mm]
x ngulo de fase do vetor xB em relao ao eixo x, em [graus]
y ngulo de fase do vetor yB em relao ao eixo y, em [graus]
constante de Euler-Mascheroni
condutividade eltrica do material de blindagem, em [MS/m]
permeabilidade magntica do material de blindagem, em [H/m]
0 permeabilidade magntica do espao livre, em [H/m]
r permeabilidade magntica relativa do meio, em [H/m]
resistividade eltrica do solo, em [m]
velocidade angular, em [rad/s]
-
xvi
SUMRIO
1 INTRODUO ......................................................................................................11.1 Estrutura e organizao do documento .......................................................11.2 Apresentao..................................................................................................2
1.2.1 Limites de exposio aos campos eltrico e magntico............................3
1.3 Objetivos .........................................................................................................51.4 Caractersticas tcnicas de cabos isolados para tenses superiores a35 kV........................................................................................................................6
1.4.1 Condutor....................................................................................................6
1.4.2 Sistema dieltrico ......................................................................................7
1.4.3 Blindagem metlica ...................................................................................8
1.4.4 Capa externa.............................................................................................8
1.5 Mtodos de aterramento de linhas subterrneas de alta tenso ...............91.5.1 Mtodo both ends bonding......................................................................9
1.5.2 Mtodo cross-bonding...........................................................................11
1.5.3 Mtodo single-point bonding .................................................................12
1.6 Disposies de circuitos de linhas subterrneas de alta tenso.............131.6.1 Disposio plana horizontal.....................................................................14
1.6.2 Disposio plana vertical.........................................................................15
1.6.3 Disposio triangular ...............................................................................15
2 ESTADO DA ARTE ............................................................................................172.1 Introduo .....................................................................................................172.2 Tcnica de mitigao atravs da manipulao de cabos .........................18
2.2.1 Mtodos de aterramento .........................................................................18
2.2.2 Espaamento entre fases do circuito.......................................................19
2.2.3 Disposio do circuito..............................................................................19
2.2.4 Profundidade dos cabos..........................................................................20
2.2.5 Permutao de fases...............................................................................20
2.2.6 Diviso de fases (phase splitting)..........................................................21
-
xvii
2.3 Tcnica de compensao ............................................................................212.3.1 Tcnica de compensao passiva...........................................................22
2.3.2 Tcnica de compensao ativa ...............................................................23
2.4 Tcnica de mitigao com materiais ferromagnticos .............................232.4.1 Formato geomtrico da blindagem ferromagntica .................................24
2.4.2 Dimenses da blindagem ferromagntica ...............................................26
2.4.3 Permeabilidade magntica relativa do material da blindagem ................26
2.4.4 Continuidade dos contatos entre os elementos da blindagem
ferromagntica ....................................................................................................27
2.5 Tcnica de mitigao com materiais condutivos ......................................282.5.1 Formato geomtrico da blindagem condutiva..........................................28
2.5.2 Dimenses da blindagem condutiva........................................................29
2.5.3 Condutividade eltrica do material da blindagem....................................30
2.5.4 Continuidade dos contatos entre os elementos da blindagem condutiva 30
3 ESTUDOS ANALTICOS DE CAMPO MAGNTICO DE LINHASSUBTERRNEAS DE ALTA TENSO ....................................................................31
3.1 Metodologia ..................................................................................................313.2 Premissas......................................................................................................323.3 Consideraes..............................................................................................323.4 Resultados e discusses.............................................................................34
3.4.1 Distribuio do campo magntico para um circuito com disposio plana
horizontal.............................................................................................................34
3.4.2 Distribuio do campo magntico para um circuito com disposio plana
vertical ................................................................................................................35
3.4.3 Distribuio do campo magntico para um circuito com disposio
triangular .............................................................................................................36
3.4.4 Distribuio do campo magntico para dois circuitos com disposio
plana horizontal ...................................................................................................37
3.4.5 Distribuio do campo magntico para dois circuitos com disposio
plana vertical .......................................................................................................38
3.4.6 Distribuio do campo magntico para dois circuitos com disposio
triangular .............................................................................................................39
3.4.7 Picos de campo magntico em pontos laterais do centro da linha..........40
-
xviii
4 COMPARAO ENTRE VALORES CALCULADOS E DE MEDIO .............414.1 Introduo .....................................................................................................414.2 Caso real 1 ....................................................................................................424.3 Caso real 2 ....................................................................................................444.4 Caso real 3 ....................................................................................................464.5 Caso real 4 ....................................................................................................48
5 TCNICAS DE MITIGAO DE CAMPO MAGNTICO PARA LINHASSUBTERRNEAS DE ALTA TENSO ....................................................................51
5.1 Introduo .....................................................................................................515.2 Tcnica de compensao ............................................................................51
5.2.1 Tcnica de compensao passiva...........................................................52
5.2.2 Tcnica de compensao ativa ...............................................................54
5.2.3 Impacto da tcnica de compensao na operao da linha subterrnea
de alta tenso......................................................................................................55
5.2.4 Exemplo de aplicao .............................................................................56
5.3 Tcnica de mitigao com materiais ferromagnticos (blindagemferromagntica) ....................................................................................................58
5.3.1 Blindagem ferromagntica de geometria fechada ...................................59
5.3.2 Blindagem ferromagntica de geometria aberta......................................63
5.3.3 Impacto da tcnica de blindagem ferromagntica na operao da linha
subterrnea de alta tenso..................................................................................66
5.3.4 Exemplo de aplicao de blindagem ferromagntica ..............................67
5.4 Tcnica de mitigao com materiais condutivos (blindagem condutiva)695.4.1 Blindagem condutiva de geometria fechada............................................71
5.4.2 Blindagem condutiva de geometria aberta ..............................................72
5.4.3 Impacto da tcnica de blindagem condutiva na operao da linha
subterrnea de alta tenso..................................................................................77
5.4.4 Exemplo de aplicao de blindagem condutiva.......................................77
6 CONCLUSES ...................................................................................................80REFERNCIAS.........................................................................................................83APNDICE A METODOLOGIA DE CLCULO DE CAMPO MAGNTICO DELINHAS SUBTERRNEAS DE ALTA TENSO......................................................87
A1 Formulrio .....................................................................................................87
-
xix
A2 Formulrio na forma de matriz ....................................................................95A3 Equaes simplificadas ...............................................................................97
APNDICE B EXEMPLOS DE CLCULO DE CAMPO MAGNTICO DE LINHASSUBTERRNEAS DE ALTA TENSO ....................................................................98
B1 Um circuito com disposio triangular e aterramento both endsbonding ...............................................................................................................98B2 Dois circuitos com disposio plana vertical e aterramento cross-bonding .............................................................................................................103
APNDICE C CURVA CAMPO MAGNTICO VERSUS RESISTIVIDADEELTRICA DO SOLO.............................................................................................106APNDICE D CURVA CAMPO MAGNTICO VERSUS RESISTNCIAELTRICA EM CORRENTE ALTERNADA DA BLINDAGEM METLICA DO CABOISOLADO................................................................................................................107APNDICE E PRINCIPAIS MATERIAIS UTILIZADOS EM BLINDAGENSFERROMAGNTICAS............................................................................................108APNDICE F CLCULO DA PROFUNDIDADE DE PENETRAO .................110APNDICE G PRINCIPAIS MATERIAIS UTILIZADOS EM BLINDAGENSCONDUTIVAS.........................................................................................................111APNDICE H CERTIFICADO DE CALIBRAO DO EQUIPAMENTO DEMEDIO ...............................................................................................................112
-
11 INTRODUO
1.1 Estrutura e organizao do documento
Esta seo oferece um breve esclarecimento a respeito do teor de cada um dos
captulos deste documento.
No captulo 1 deste texto so apresentados os limites de exposio aos campos
eltricos e magnticos gerados por linhas de transmisso. Os objetivos do trabalho e
alguns conceitos bsicos sobre cabos isolados, mtodo de aterramento e
disposies de circuitos de linhas subterrneas de alta tenso (LSAT) tambm so
apresentados neste captulo.
No captulo 2 discutem-se brevemente o estado da arte dos principais esforos
destinados metodologia de clculo e de tcnicas de mitigao de campo
magntico de LSAT. A saber, estas dizem respeito tcnica de mitigao atravs da
manipulao dos cabos, tcnicas de compensao e tcnicas envolvendo materiais
ferromagnticos e condutivos externos aos cabos.
A exposio dos desenvolvimentos deste trabalho inicia-se no captulo 3. Nele so
apresentados os resultados de diversos estudos analticos de campo magntico
realizados para LSAT com diferentes tipos de disposio e mtodos de aterramento.
No captulo 4 so apresentados o mtodo de medio e a comparao entre valores
analticos e valores experimentais de campo magntico obtidos para quatro casos
reais de linhas em operao.
No captulo 5 so apresentadas as principais tcnicas de mitigao de campo
magntico de LSAT que envolvem materiais externos aos cabos, com destaque para
exemplos de suas aplicaes e os possveis impactos na operao das LSAT.
O captulo 6 encerra este documento fazendo uma breve sntese das contribuies
decorrentes dos esforos realizados neste trabalho.
-
21.2 Apresentao
A energia eltrica sempre teve um papel determinante nas sociedades
industrializadas ao longo dos anos, proporcionando no s o desenvolvimento scio-
econmico das pessoas como tambm o crescimento de um pas. Em funo de
diversos fatores como, por exemplo, o crescimento demogrfico e a maior aquisio
de equipamentos eltricos pelos consumidores, h uma tendncia do aumento da
demanda de energia eltrica no futuro. Este aumento da demanda,
consequentemente, exigir novas instalaes de linhas de transmisso com maiores
potncias e / ou o aumento da potncia das linhas de transmisso existentes,
quando possvel.
Nos centros urbanos, o atendimento ao crescimento da demanda tende a ser feito
atravs de LSAT. Nestas reas, a implementao de linhas de transmisso areas
(LTA) est cada vez mais restrita devido a diversos fatores, tais como impacto visual,
custo de implantao e limitaes fsicas para posicionamento de torres.
Dependendo da cidade ou regio, a segurana e a confiabilidade da transmisso da
energia por LTA pode ser comprometida perante efeitos climticos adversos, tais
como nevascas ou furaces.
Atualmente, outros fatores determinantes para a implementao de novas linhas de
transmisso so os limites de intensidade do campo eltrico e do campo magntico
por elas geradas.
Muitos pases, inclusive o Brasil, definiram em suas legislaes limites bsicos
exposio de campo eltrico e campo magntico provenientes dos sistemas
eltricos. Tais limites foram baseados nas diretrizes estabelecidas pela Comisso
Internacional de Proteo contra Radiao No-Ionizante (ICNIRP). Esta
organizao no-governamental, formalmente reconhecida pela Organizao
Mundial da Sade (OMS), avalia resultados cientficos de todas as partes do mundo
e estabelece as diretrizes com recomendaes de limites de exposio. Estas
diretrizes so periodicamente revisadas e atualizadas, quando necessrio.
-
31.2.1 Limites de exposio aos campos eltrico e magntico
Com base nos conhecimentos cientficos atuais, a ICNIRP definiu um conjunto de
limites bsicos de exposio ao campo eltrico e campo magntico, tanto para a
populao em geral como para o pblico ocupacional [1]. A tabela 1 mostra os
limites de exposio definidos para o caso de linhas de transmisso.
Tabela 1 Limites de exposio aos campos eltrico e magntico para linhas de transmissodefinidos pela ICNIRP
Pblico exposto Frequncia da Linha(Hz)
Campo eltrico(kV/m)
(valor eficaz)
Campo magntico(T) (ver nota)(valor eficaz)
Geral 50 / 60 5 / 4,17 100 / 83,3
Ocupacional 50 / 60 10 / 8,33 500 / 416,7
Nota: Unidade de densidade de fluxo magntico. Por simplicidade, campo magntico refere-se
densidade de fluxo magntico neste documento.
De acordo com a OMS [2], a populao submetida exposio ocupacional consiste
de trabalhadores adultos que esto conscientes dos campos e de seus efeitos. Por
outro lado, o pblico em geral consiste de indivduos de todas as idades e de graus
de sade variveis que, em muitos casos, no esto alertas para sua exposio ao
campo eltrico e ao campo magntico. Alm disso, os trabalhadores esto expostos
apenas durante suas atividades, enquanto o pblico em geral pode estar exposto at
24 horas por dia. Essas so as consideraes bsicas que levam s restries de
exposio mais rigorosas para o pblico geral.
No ano de 2005, a Prefeitura da cidade de So Paulo estabeleceu limites de
exposio ao pblico geral de acordo com a Portaria N 80 da Secretaria do Verde e
do Meio Ambiente (SVMA) [3]. A tabela 2 mostra os limites de exposio definidos
para locais de acesso livre populao geral e para instalaes eltricas prximas
de locais de permanncia prolongada (4 horas ou mais dirias), tais como escolas,
hospitais, residncias e locais de trabalho.
-
4Tabela 2 Limites de exposio aos campos eltrico e magntico para linhas de transmisso
definidos pela Portaria N 80 da SVMA - SP
rea de exposio Campo eltrico(kV/m)(valor eficaz)
Campo magntico(T)
Acesso geral 4,17 83,3 (valor eficaz)
Permanncia prolongada (> 4horas) 4,17 10 (instalaes existentes)3 (novas instalaes)(ver nota)
Nota: valores mdios calculados para um perodo de 24 horas.
No Brasil foi sancionada em 5 de maio de 2009 a lei N 11.934 [4], que estabelece
limites exposio humana campo eltrico, campo magntico e campo
eletromagntico, associados ao funcionamento de estao transmissoras de
radiocomunicao, de terminais de usurios e de sistemas de energia eltrica nas
faixas de frequncia at 300 GHz. De acordo com o Pargrafo nico descrito no Art.
4 da referida Lei, enquanto no forem estabelecidas novas recomendaes pela
OMS, sero adotados os limites da ICNIRP especificados na tabela 1.
De acordo com o subitem 4.2 de [3] e o Art. 16 de [4], as concessionrias de energia
eltrica devero, na fase de autorizao e comissionamento de novo sistema de
transmisso de energia ou sempre que houver alterao nas caractersticas vigentes
dos sistemas de transmisso, realizar medies dos nveis de campo eltrico, campo
magntico e campo eletromagntico, ou apresentar relatrio de clculos efetuados
com metodologia consagrada.
Segundo a Resoluo Normativa N 398 de 23 de maro de 2010 [5], a Agncia
Nacional de Energia Eltrica (ANEEL) tem a incumbncia de regular e fiscalizar o
atendimento aos limites de exposio relativos aos servios de gerao, transmisso
e distribuio de energia eltrica, podendo impor penalidades previstas em
regulamento especfico em caso de descumprimento dos procedimentos descritos
na resoluo normativa.
Dependendo das condies de operao previstas para uma linha, poder ser
necessria aplicao de uma ou mais tcnicas de mitigao no projeto de
instalao da mesma, de forma que os nveis emitidos fiquem abaixo dos limites
definidos na legislao local.
-
5 em funo do justificado nos pargrafos anteriores que este trabalho ser
desenvolvido, de acordo com os objetivos enumerados na prxima seco. Para o
caso de LSAT, o campo eltrico praticamente nulo na superfcie. O campo eltrico
fica concentrado entre o condutor e a blindagem metlica dos cabos, a qual
interligada ao potencial de terra. Em funo disso, assuntos referentes ao campo
eltrico no sero abordados neste trabalho. Por simplicidade, campo magntico
refere-se densidade de fluxo magntico neste documento.
1.3 Objetivos
A proposta central deste trabalho consiste na introduo de estudos de instalaes
de LSAT em funo do campo magntico gerado.
Nele so apresentados diversos estudos analticos de campo magntico de LSAT
com caractersticas diferentes de instalao e aterramento. A metodologia de clculo
e os resultados dos estudos analticos com ela obtidos sero adiante devidamente
relatados e discutidos.
Neste texto tambm se encontram descritas as comparaes entre valores
calculados e valores de medies de campo magntico realizadas em LSAT
existentes em operao.
Alm disso, so apresentadas e discutidas neste texto as principais tcnicas de
mitigao de campo magntico de LSAT que envolvem materiais externos aos
cabos. Exemplos de suas aplicaes e os possveis impactos na operao das LSAT
tambm sero adiante discutidos.
Deste modo, o desenvolvimento deste trabalho pretende fornecer embasamento
tcnico para tomada de deciso na implantao de novas LSAT e para anlise de
campo magntico de LSAT existentes.
Para melhor compreenso da proposta deste trabalho, sero apresentados nas
prximas seces deste captulo alguns conceitos importantes sobre cabos isolados,
mtodos de aterramento e disposies de cabos empregados em circuitos de LSAT.
Entende-se por LSAT as linhas subterrneas com tenso de operao superior a
35 kV neste trabalho.
-
61.4 Caractersticas tcnicas de cabos isolados para tenses superiores a35 kV
Os cabos isolados para tenses superiores a 35 kV so caracterizados por quatro
elementos bsicos: condutor, sistema dieltrico, blindagem metlica e capa externa.
A seguir sero descritos as principais caractersticas de cada um destes elementos
com enfoque para cabos extrudados, que so cabos isolados com materiais
dieltricos slidos. Estes cabos representam a tecnologia atual de produo por
parte das empresas fabricantes, o que justifica o foco de suas caractersticas
construtivas neste trabalho.
Informaes mais detalhadas sobre estes cabos e informaes referentes a outros
tipos de construo de cabos isolados podem ser encontradas em [6].
A figura 1 mostra os elementos construtivos que constituem um cabo extrudado para
tenses superiores a 35 kV.
Figura 1 Elementos construtivos de um cabo extrudado para tenses superiores a 35 kV
1.4.1 Condutor
O condutor o elemento responsvel pelo transporte da energia eltrica. Para
tenses superiores a 35 kV, os cabos so constitudos por apenas um condutor
-
7construdo na forma redonda compacta ou na forma segmentada. A forma
segmentada, tambm conhecida como Milliken, tem como principal caracterstica a
reduo do efeito pelicular. Para mesma rea de seco transversal, a resistncia de
um condutor segmentado menor que a resistncia de um condutor redondo
compacto. Praticamente a forma segmentada apenas utilizada em condutores de
grande seco transversal (acima de 1000 mm).
Os materiais utilizados so o cobre e o alumnio. A seco transversal, a seleo do
material e a forma de construo levam em conta a capacidade de conduo de
corrente nos regimes permanente, cclico, sobrecarga e curto-circuito. Como
referncia, as normas IEC 60287-1-1 [7] e IEC 60287-2-1 [8] trazem a formulao
para o clculo da capacidade de corrente em regime permanente. Para o regime
cclico e de sobrecarga, a norma aplicvel a IEC 60853-2 [9]. A norma IEC 60949
[10] apresenta a formulao referente ao regime de curto-circuito.
Logicamente, a opo de menor custo e que atenda aos requisitos de capacidade de
corrente da LSAT define o condutor ideal para o cabo.
1.4.2 Sistema dieltrico
O sistema dieltrico composto pela extruso simultnea da blindagem do condutor,
da isolao e da blindagem da isolao. As blindagens do condutor e da isolao
so feitas com materiais semicondutores de bases polimricas compatveis para o
perfeito contato e aderncia com o material da isolao. Elas possuem a funo
bsica de uniformizar a distribuio do campo eltrico na isolao do cabo.
Os materiais normalmente utilizados na isolao so o polietileno reticulado (XLPE)
e a borracha etilenopropileno (EPR). A escolha do material leva em considerao as
perdas dieltricas e os custos das matrias-primas. Nestes quesitos, o XLPE leva
vantagem em relao ao EPR. Por outro lado, o XLPE apresenta instabilidade de
suas propriedades eltricas quando em contato com gua. Essa instabilidade torna
obrigatria para os cabos isolados em XLPE a utilizao de uma capa metlica
contnua ou uma fita metlica laminada incorporada capa externa, objetivando o
-
8bloqueio radial penetrao de gua no ncleo do cabo. Esse bloqueio radial no
necessrio em cabos isolados em EPR.
Em relao aos parmetros trmicos, tanto o XLPE quanto o EPR permitem uma
temperatura mxima no condutor de 90C e 250C, para regime permanente e
regime de curto-circuito respectivamente.
1.4.3 Blindagem metlica
A blindagem metlica o elemento responsvel pelo aterramento dos cabos.
Atualmente, as blindagens metlicas mais utilizadas nos cabos extrudados so
constitudas de fios de cobre aplicados helicoidalmente na forma de coroa
concntrica ou de capas extrudadas de chumbo ou alumnio. A rea da seco
transversal dimensionada em funo do valor da corrente e o tempo de durao do
curto-circuito fase-terra do sistema, conforme formulrio apresentado em [10]. A
seleo do material e a forma de construo levam em considerao as condies
de instalao dos cabos e os custos dos materiais.
As capas extrudadas de chumbo ou alumnio, alm de terem a funo de transportar
a corrente de curto-circuito fase-terra do sistema, tambm tm a funo de bloqueio
radial penetrao de gua no ncleo do cabo isolado em XLPE. No caso de cabo
isolado em XLPE constitudo de blindagem a fios de cobre, este bloqueio
normalmente feito por uma fita metlica laminada incorporada capa externa do
cabo.
1.4.4 Capa externa
A capa externa tem a funo bsica de proteger o ncleo do cabo contra corroso e
contra danos mecnicos durante a instalao do mesmo. Na maioria das instalaes
de LSAT, os materiais utilizados como capa externa so o polietileno de mdia
densidade (PEMD) e o polietileno de alta densidade (PEAD). O cloreto de polivinila
-
9(PVC), por apresentar a caracterstica de no propagar a chama, um material que
pode ser empregado na capa externa de cabos em reas com possibilidade de
incndio.
Dependendo da combinao destes materiais com outros materiais especficos, a
capa externa pode proteger o ncleo do cabo contra ataque de agentes externos,
tais como cupins e produtos qumicos. Como critrio, a escolha do material leva
basicamente em conta o local de instalao dos cabos e os custos dos materiais.
1.5 Mtodos de aterramento de linhas subterrneas de alta tenso
As LSAT podem ser aterradas por trs mtodos principais: mtodo de aterramento
em ambas extremidades da linha (both ends bonding), mtodo de
aterramento cruzado (cross-bonding) e mtodo de aterramento em uma
extremidade da linha (single-point bonding). Os mtodos cross-bonding e
single-point bonding so mtodos especiais que possuem a caracterstica de
eliminar ou reduzir as perdas na blindagem metlica dos cabos.
A seguir sero descritas as principais caractersticas de cada um destes mtodos.
Estas caractersticas e outras informaes mais detalhadas sobre estes mtodos
esto disponveis em [11] e [12].
1.5.1 Mtodo both ends bonding
As correntes circulantes nos condutores dos cabos geram campo magntico que,
por sua vez, induz uma fora eletromotriz (FEM) nas blindagens metlicas dos
mesmos. Esta FEM, aliada ao aterramento em ambas extremidades da LSAT,
provoca a circulao de correntes eltricas nas blindagens metlicas em sentido
oposto ao das correntes circulantes nos condutores. Estas correntes circulantes nas
blindagens metlicas geram perdas por calor nas mesmas. A intensidade destas
correntes depende do espaamento entre os cabos e da resistncia eltrica da
-
10
blindagem metlica, a qual dimensionada para suportar a corrente de curto-circuito
fase-terra por um certo perodo de durao.
As perdas nas blindagens metlicas aumentam quando o espaamento entre cabos
do circuito da LSAT aumenta, ocasionando desta forma um aquecimento maior nas
blindagens metlicas. Por outro lado, a aproximao dos cabos entre si
desfavorvel para a dissipao do calor gerado pelo circuito como um todo.
A figura 2 ilustra o esquema de uma LSAT aterrada pelo mtodo both ends
bonding. A caixa de desconexo recomendada para a realizao de teste eltrico
na capa externa dos cabos.
Figura 2 Esquema de aterramento pelo mtodo both ends bonding
A vantagem do aterramento pelo mtodo both ends bonding est relacionada a
questes de segurana e manuteno. Neste mtodo no h tenso eltrica residual
nas blindagens metlicas e no h necessidade de acessrios especiais.
A desvantagem deste mtodo atribuda aos custos de implementao de LSAT de
elevada potncia de transmisso. Considerando-se a mesma potncia de
transmisso, as LSAT aterradas pelo mtodo both ends bonding necessitam de
cabos com seces transversais maiores que as LSAT aterradas pelos mtodos
especiais cross-bonding e single-point bonding. Esse aumento da seco dos
cabos necessrio para compensar o aquecimento gerado pelas perdas nas
blindagens metlicas. Estas correntes e perdas podem ser determinadas atravs de
clculos analticos presentes na norma IEC 60287-1-1 [7].
-
11
1.5.2 Mtodo cross-bonding
Neste mtodo de aterramento, o comprimento total da LSAT dividido em um
nmero de comprimentos de lances de cabos exatamente divisvel por trs. Os
cabos so transpostos a cada posio da emenda seccionada e as blindagens
metlicas so conectadas em linha reta atravs das caixas de desconexo com
limitador de tenso de surto. Nas extremidades da LSAT, os cabos so aterrados
atravs de caixas de desconexo, as quais possibilitam os testes de capa externa
aps instalao dos cabos e durante a manuteno do sistema.
A figura 3 ilustra o esquema de uma LSAT aterrada pelo mtodo cross-bonding.
Para o caso de comprimentos elementares iguais e disposio de cabos simtrica, o
vetor soma das tenses induzidas nas blindagens metlicas, aps trs
comprimentos sucessivos, resulta nulo. Nestas condies, correntes circulantes no
so induzidas e as perdas nas blindagens metlicas so nulas. Caso os
comprimentos elementares sejam desequilibrados e / ou a disposio dos cabos
seja assimtrica entre comprimentos, correntes circulantes sero induzidas e
geraro perdas. A norma IEC 60287-1-1 [7] apresenta formulrio especfico para o
clculo destas perdas.
Figura 3 Esquema de aterramento pelo mtodo cross-bonding
-
12
O mtodo cross-bonding empregado em LSAT de potncia elevada e grande
comprimento (acima de 1 km). Ao contrrio do mtodo both ends bonding, a
vantagem do mtodo cross-bonding est relacionada ao custo de implementao
da LSAT e as desvantagens esto relacionadas segurana e manuteno.
Alm da ausncia de perdas nas blindagens metlicas, este mtodo permite que as
fases do circuito sejam instaladas mais distantes entre si, o que facilita a dissipao
trmica e aumenta a capacidade de corrente do circuito da LSAT.
As desvantagens deste mtodo so a necessidade de manuteno preventiva nas
caixas de desconexo e a necessidade de testes eltricos peridicos na capa
externa dos cabos. Apesar de ser limitada a um valor seguro, a tenso eltrica
presente nas blindagens metlicas e nas emendas representa riscos de choque
eltrico.
1.5.3 Mtodo single-point bonding
Em LSAT relativamente curtas, que no requerem nenhuma emenda (ou somente
uma emenda), o mtodo cross-bonding torna-se invivel devido aos custos
envolvidos. Nestes casos, o mtodo mais econmico conectar e aterrar as
blindagens metlicas dos cabos em apenas uma extremidade da LSAT. A figura 4
ilustra o esquema de uma LSAT aterrada pelo mtodo single-point bonding.
Figura 4 Esquema de aterramento pelo mtodo single-point bonding
-
13
Similarmente ao mtodo cross-bonding, a vantagem do mtodo single-point
bonding est relacionada ao custo de implementao da LSAT e as desvantagens
esto relacionadas segurana e manuteno.
Neste mtodo, no h caminho fechado para a circulao das correntes nas
blindagens metlicas e, portanto, no h perdas nas mesmas. Nestas condies, os
cabos podem ser espaados entre si com maiores distncias, facilitando assim a
dissipao trmica e aumentando a capacidade de corrente do circuito. Por outro
lado, h presena de tenso eltrica induzida na extremidade no aterrada. Essa
tenso apresenta maior intensidade com o aumento do comprimento da LSAT.
Neste mtodo tambm existe a necessidade de manuteno preventiva nas caixas
de desconexo e de testes eltricos peridicos na capa externa dos cabos.
1.6 Disposies de circuitos de linhas subterrneas de alta tenso
As LSAT podem apresentar diversas modalidades de instalao, tais como cabos
diretamente enterrados em materiais artificiais termicamente e mecanicamente
estveis (tambm conhecidos como backfill), cabos em banco de dutos, cabos em
canaletas ou em bandejas. A definio da modalidade depende principalmente do
local de instalao da LSAT como, por exemplo, ruas, avenidas, tnel, trecho interno
de subestaes, etc. Maiores informaes sobre as modalidades de instalao de
LSAT encontram-se disponveis em [13].
Nos centros urbanos, geralmente os cabos so instalados em dutos envolvidos por
backfill ou concreto. Esta soluo apresenta como principais vantagens menos
transtornos ao trfego de pedestres e veculos e maior controle e segurana durante
as atividades de obra civil e instalao dos cabos. A definio da disposio dos
cabos da LSAT leva em conta a potncia de transmisso e o nmero de circuitos da
linha, as limitaes fsicas do local de instalao e os custos de obra civil.
A seguir sero apresentadas as disposies de circuitos atualmente empregadas
nas instalaes de LSAT situadas nos centros urbanos, como o caso da
disposio plana horizontal, disposio plana vertical e disposio triangular. A
disposio triflio, a qual os cabos so encostados entre si e formam um tringulo
-
14
equiltero, no utilizada atualmente nos centros urbanos. Quando vivel, sua
aplicao ocorre em canaletas, tneis e em trechos subterrneos onde possvel
manter valas e cabos expostos ao tempo sem riscos de danos materiais e
retrabalhos.
1.6.1 Disposio plana horizontal
A disposio plana horizontal normalmente empregada em linhas com grande
potncia de transmisso, onde h necessidade de utilizar os mtodos de
aterramento cross-bonding ou single-point bonding. A figura 5 ilustra a disposio
plana horizontal para linhas constitudas de um circuito e dois circuitos.
Figura 5 Disposio plana horizontal para um circuito e para dois circuitos
Como vantagens, esta disposio contribui para uma melhor dissipao trmica dos
cabos e permite maior facilidade de instalao dos dutos, possibilitando reduo do
tempo de execuo da obra civil. A desvantagem desta disposio est relacionada
ao caso de linhas constitudas de dois circuitos, onde a grande largura de vala
resultante representa aumento dos custos de obra civil. Neste caso, a aplicao
desta disposio pode ser justificada em funo de trechos contendo interferncias
que impossibilitam a passagem dos cabos por outro tipo de disposio.
-
15
1.6.2 Disposio plana vertical
A disposio plana vertical tambm empregada em linhas com grande potncia de
transmisso, onde h necessidade de utilizar os mtodos de aterramento cross-
bonding ou single-point bonding. A figura 6 ilustra a disposio plana vertical para
linhas constitudas de um circuito e dois circuitos.
Figura 6 Disposio plana vertical para um circuito e para dois circuitos
A vantagem desta disposio est relacionada ao caso de linhas constitudas por
dois circuitos, onde os custos de obra civil so reduzidos atravs da reduo da
largura da vala. Normalmente, esta disposio no aplicada para o caso de linhas
constitudas por um circuito, a no ser que limitaes de espao fsico justifiquem
sua utilizao.
1.6.3 Disposio triangular
A disposio triangular normalmente empregada em linhas com baixa potncia de
transmisso, onde possvel utilizar o mtodo de aterramento both ends bonding.
-
16
Neste tipo de aterramento, a disposio triangular gera menos perdas na blindagem
metlica que s outras disposies.
Apesar de no ser a melhor alternativa de soluo, a disposio triangular tambm
pode ser empregada em linhas com grande potncia de transmisso, onde h
necessidade de utilizar os mtodos de aterramento cross-bonding ou single-point
bonding.
A figura 7 ilustra a disposio triangular para linhas constitudas de um circuito e dois
circuitos.
Figura 7 Disposio triangular para um circuito e para dois circuitos
Do ponto de vista de dissipao trmica dos cabos, a disposio triangular leva
desvantagem apenas em relao disposio plana vertical. Considerando-se
linhas constitudas por dois circuitos, a disposio triangular permite menores
larguras que a disposio plana horizontal e menores alturas que a disposio plana
vertical. Dependendo do espao fsico e das condies de interferncia de um
determinado trecho, esta soluo pode ser imprescindvel para a passagem dos
cabos.
-
17
2 ESTADO DA ARTE
2.1 Introduo
A partir dos anos 70, o campo eltrico e o campo magntico gerados pelas linhas de
transmisso passaram a ser motivo de preocupao devido a uma possvel relao
entre a incidncia de cncer e a exposio a estes campos. Estas suspeitas, devido
ao interesse que o pblico e os meios de comunicao lhe dedicaram na poca,
despertaram a investigao cientfica que se seguiu. Desde ento, tm sido
publicados inmeros artigos cientficos e resultados de investigaes relacionadas a
estes campos.
Neste captulo, alguns dos trabalhos representativos dos esforos referentes ao
campo magntico de LSAT sero apresentados, com destaque especial para
aqueles que constituram a base das informaes contidas nos prximos captulos
deste documento.
Esta reviso bibliogrfica encontra-se a seguir organizada em quatro temas
principais, cada um deles correspondente a uma das prximas seces deste
captulo. O primeiro destes temas diz respeito mitigao do campo magntico
atravs da ao direta nos parmetros eltricos e de instalao de LSAT sem a
presena de blindagens ferromagnticas ou condutivas. O segundo, por sua vez,
aborda o uso da tcnica de compensao para mitigao do campo magntico. O
terceiro tema trata da tcnica de blindagem de campo magntico atravs da
utilizao de materiais ferromagnticos. A quarta seo encerra o captulo, trazendo
algumas informaes a respeito da mitigao do campo magntico atravs de
blindagem constituda por materiais condutivos.
-
18
2.2 Tcnica de mitigao atravs da manipulao de cabos
Os primeiros trabalhos relacionados ao campo magntico de LSAT foram
desenvolvidos em poca que no se dispunha de computadores eficientes
destinados ao clculo numrico de problemas de engenharia. Deste modo, tcnicas
puramente analticas, tais como a Lei de Biot-Savart e o princpio da superposio,
eram empregadas para calcular a intensidade e a distribuio do campo magntico
em funo das condies de instalao das LSAT.
Apesar das limitaes e hipteses simplificadoras que se fazem necessrias para
tornar vivel o tratamento analtico, podem-se constatar nos trabalhos de Cooper
[14] e Vrit [15], que a Lei de Biot-Savart e o princpio da superposio so vlidas
para diagnosticar com boa preciso o campo magntico de LSAT sem a presena de
componentes ferromagnticos. Esta constatao caracterizada pela proximidade
entre os valores calculados por estas metodologias e valores de medies
realizadas.
Atravs da validao destas tcnicas analticas, torna-se possvel suas aplicaes
para verificar as influncias que parmetros de instalao de LSAT tm sobre a
intensidade e a distribuio do campo magntico. Embora estes parmetros sejam
abordados simultaneamente na anlise de LSAT, cada um tem uma parcela de
contribuio para a mitigao do campo magntico. A seguir, ser apresentado em
subitens cada um desses parmetros, juntamente com a citao dos trabalhos que
os abordam e que fazem parte da referncia deste documento.
2.2.1 Mtodos de aterramento
Segundo os conceitos apresentados no item 1.4 do captulo 1, a definio do
mtodo de aterramento leva em considerao a potncia de transmisso e o
comprimento da LSAT, visando aspectos econmicos, de segurana e manuteno.
A contribuio do mtodo de aterramento para mitigao do campo magntico de
LSAT abordada nos trabalhos desenvolvidos por Vrit [15] e Bucea e Kent [16].
-
19
De acordo com resultados de clculos analticos realizados nestes trabalhos, pode-
se constatar que o mtodo de aterramento both ends bonding contribui para
menores intensidades de campo magntico, se comparado ao mtodo single-point
bonding.
Particularmente em [15], a influncia da resistncia da blindagem metlica sobre a
intensidade de campo magntico tambm abordada no caso envolvendo o mtodo
de aterramento both ends bonding. Resultados de clculos realizados neste
trabalho demonstram que a reduo da resistncia da blindagem metlica contribui
para a reduo da intensidade do campo magntico.
2.2.2 Espaamento entre fases do circuito
O espaamento entre fases do circuito um parmetro geomtrico definido em
funo do tipo de aterramento da linha e da modalidade de instalao. Sua
influncia sobre o campo magntico gerado por LSAT mencionada nos trabalhos
desenvolvidos por Vrit [15], Bucea e Kent [16] e DAmore, Menghi e Sarto [17]. De
acordo com resultados de clculos analticos realizados nestes trabalhos, verifica-se
que a maior proximidade entre as fases do circuito contribui para menores
intensidades de campo magntico.
2.2.3 Disposio do circuito
De acordo com conceitos descritos no item 1.5 do captulo 1, a definio da
disposio do circuito da LSAT leva em conta a potncia de transmisso e o nmero
de circuitos da linha, as limitaes fsicas do local de instalao e os custos de obra
civil. A influncia da disposio do circuito sobre a intensidade do campo magntico
gerado abordada nos trabalhos desenvolvidos por Vrit [15] e DAmore, Menghi e
Sarto [17]. Segundo os resultados de clculos analticos realizados nestes trabalhos,
verifica-se que a disposio triangular contribui para menores intensidades de
-
20
campo magntico, considerando-se o mesmo espaamento entre fases e a mesma
profundidade da fase mais prxima da superfcie.
Particularmente em [17], pode-se constatar que a disposio plana vertical contribui
para menores intensidades de campo magntico que a disposio plana horizontal.
2.2.4 Profundidade dos cabos
A definio da profundidade dos cabos leva principalmente em conta a potncia de
transmisso da LSAT e as interferncias presentes na rota de instalao. De acordo
com o formulrio presente em [8] para cabos enterrados, a resistncia trmica do
meio externo aumenta com o aumento da profundidade dos cabos (considerando-se
o mesmo valor da resistividade trmica do solo). Em outras palavras, o aumento da
profundidade dificulta a dissipao do calor gerado pelos cabos. Em alguns casos,
pode ser necessrio troca de um cabo por outro de maior seco do condutor para
compensar essa dissipao trmica e suportar a potncia de transmisso.
A contribuio da profundidade dos cabos para a mitigao do campo magntico de
LSAT tratada em [15] e [18]. De acordo com resultados de clculos analticos
realizados nestes trabalhos, verifica-se que o aumento da profundidade dos cabos
contribui para menores intensidades de campo magntico na superfcie.
2.2.5 Permutao de fases
A permutao de fases vlida para LSAT constitudas de no mnimo dois circuitos
trifsicos que transportam simultaneamente corrente eltrica. Tambm vlida para
o caso de LSAT constituda por um circuito composto por dois cabos por fase. A
influncia da permutao de fases mencionada em [15], [18] e [19]. Segundo
estudos analticos presentes nestes trabalhos, pode-se constatar que atravs da
permutao das fases de um circuito e da manuteno do posicionamento das fases
-
21
do outro, possvel obter uma reduo considervel da intensidade do campo
magntico na superfcie.
2.2.6 Diviso de fases (phase splitting)
A tcnica de diviso de fases, quando aplicada a um circuito trifsico, consiste em
dividir duas das trs fases em quatro cabos e posicionar estes cabos de forma
simtrica ao redor da terceira fase, formando uma disposio composta por cinco
cabos. Este tipo de soluo, embora muito eficiente na mitigao do campo
magntico, raramente aplicada em LSAT devido a custos de implantao e devido
dificuldade de acesso e de reparo numa eventual falha da fase que envolvida
pelos cabos. Isso pode justificar a ausncia de casos prticos de aplicao desta
tcnica em LSAT at o presente momento.
2.3 Tcnica de compensao
Baseada na Lei de Lenz, esta tcnica consiste em mitigar o campo magntico
gerado pela LSAT atravs de um campo magntico de sentido oposto, gerado a
partir da corrente circulante em laos de cabos devidamente posicionados em
relao aos cabos da LSAT.
A tcnica de compensao pode ser do tipo passiva ou ativa. Na tcnica de
compensao passiva a corrente circulante no lao induzida pelo campo
magntico da LSAT, segundo a Lei de Faraday. No caso da tcnica de
compensao ativa, a corrente circulante no lao injetada atravs de um sistema
de controle dedicado para obter a maior eficincia de mitigao do campo
magntico.
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2.3.1 Tcnica de compensao passiva
O emprego de laos passivos uma tcnica bastante conhecida para atenuar o
campo magntico de LTA. Nesta seco sero apresentados alguns trabalhos que
tratam da aplicao desta tcnica em LSAT, assim como os parmetros que
contribuem para aumentar a sua eficincia na mitigao do campo magntico.
A influncia do posicionamento do lao na mitigao do campo magntico
abordada em [18], [19], [20] e [21]. Segundo as anlises realizadas nestes trabalhos,
a locao do(s) lao(s) num ponto acima dos cabos da LSAT contribui para reduzir o
campo magntico em pontos na direo da superfcie. Alm do posicionamento,
Maioli e Zaccone [20] e Cruz, Hoeffelman e del Pino [21] comprovam atravs de
estudos computacionais que uma maior atenuao do campo magntico obtida
com um nmero maior de laos devidamente instalados. Alm disso, a utilizao de
laos no mesmo formato da disposio dos cabos da LSAT tambm contribui para
melhores resultados de mitigao.
Em relao aos parmetros eltricos, a corrente induzida no lao depende
diretamente da resistncia e da reatncia indutiva caracterstica dos cabos
utilizados. Estudos realizados por Maioli e Zaccone [20] e por Cruz, Hoeffelman e del
Pino [21] mostram que a reduo do valor da resistncia do cabo do lao contribui
para a reduo da intensidade do campo magntico resultante de todo o sistema.
Particularmente em [20], comparaes entre materiais de condutores indicam que a
utilizao de laos compostos por cabos de grandes seces transversais de cobre,
alm de contribuir para melhores resultados de mitigao de campo magntico,
tambm contribui para que a influncia trmica sobre os cabos da LSAT seja
mnima, evitando-se assim um comprometimento da capacidade de conduo de
corrente da linha.
A influncia da reatncia indutiva sobre a eficincia da tcnica de compensao
passiva tratada nos trabalhos desenvolvidos por Salinas [19] e Cruz, Hoeffelman e
del Pino [21]. Segundo anlises realizadas nestes trabalhos, a utilizao de
capacitores conectados em srie com os laos contribui para a reduo da
intensidade do campo magntico resultante.
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2.3.2 Tcnica de compensao ativa
A tcnica de compensao ativa uma alternativa para os casos em que a tcnica
de compensao passiva no suficiente para atenuar o campo magntico num
nvel desejado. Nesta tcnica, melhores resultados de mitigao de campo
magntico so obtidos atravs de uma corrente injetada por um sistema de controle.
Esse sistema calcula a magnitude e o ngulo de fase da corrente de maneira a
garantir um maior fator de reduo do campo magntico, em funo da variao da
corrente da linha.
Devido necessidade de implantao e manuteno de equipamentos sofisticados
e caros, a tcnica de compensao ativa no uma soluo atrativa para LSAT.
Isso pode justificar a ausncia de casos prticos de aplicao desta tcnica em
LSAT at o presente momento.
2.4 Tcnica de mitigao com materiais ferromagnticos
A anlise da eficincia e o desenvolvimento de tcnicas de mitigao de campo
magntico envolvendo materiais de comportamentos no-lineares (magnticos e
condutivos) s foram possveis aps o surgimento de computadores eficientes e
softwares dedicados ao clculo numrico. O mtodo numrico, ao contrrio do
mtodo analtico, possibilita a anlise do campo magntico no domnio bidimensional
(2D) e tridimensional (3D), levando-se em considerao as estruturas geomtricas e
as caractersticas fsicas dos materiais e da fonte do campo magntico (correntes).
A definio das caractersticas construtivas das blindagens ferromagnticas leva em
considerao aspectos como maior facilidade de instalao, menores custos,
resistncia corroso e menores impactos na operao da LSAT, visando a maior
eficincia na mitigao do campo magntico.
Nesta seo sero apresentadas algumas das contribuies j realizadas sobre a
utilizao de materiais ferromagnticos na mitigao de campo magntico gerado
por cabos isolados. Assim como nas tcnicas anteriormente apresentadas, a tcnica
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de mitigao envolvendo materiais ferromagnticos tambm depende de parmetros
que, quando dimensionados corretamente, aumentam a eficincia da blindagem.
A seguir ser apresentado em subitens cada um desses parmetros, juntamente
com a citao dos trabalhos que os abordam e que fazem parte da referncia deste
documento.
2.4.1 Formato geomtrico da blindagem ferromagntica
As blindagens ferromagnticas geralmente so formadas por placas planas, placas
na forma de U invertido, tubos e raceways. A anlise da eficincia do formato
geomtrico para a mitigao do campo magntico abordada em [16], [18], [19],
[22], [23], [24] e [25]. De acordo com estes trabalhos, as blindagens ferromagnticas
que envolvem os cabos por completo so mais eficientes na mitigao do campo
magntico.
No arranjo experimental realizado por Bucea e Kent [16], verifica-se que chapas
flexveis de ao (utilizadas em transformadores, motores e outros equipamentos) so
mais eficientes na mitigao do campo magntico quando envolvem completamente
os cabos, se comparada s chapas flexveis aplicadas na forma de U invertido. J
nas anlises numricas realizadas em [18], pode-se constatar que placas de ao
posicionadas na forma de U invertido apresentam melhores resultados de
mitigao que placas planas de ao.
Em [19], anlises numricas para verificao da eficincia do formato geomtrico
das blindagens ferromagnticas foram realizadas para circuitos com disposio
plana horizontal e triflio. Nas anlises foram consideradas placas de ao
envolvendo o circuito por completo, placas de ao unidas formando um U invertido,
duas placas planas horizontais (colocadas acima e abaixo do circuito), uma placa
plana horizontal acima do circuito e duas placas planas verticais (colocadas em cada
lado do circuito). De acordo com os resultados obtidos nestas anlises, blindagens
formadas por placas de ao unidas e envolvendo o circuito por completo apresentam
fator de reduo maior que os outros formatos de blindagem.
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Nos testes experimentais realizados em [22] pode-se verificar que um tubo de ao
proporciona uma maior reduo do campo magntico que placas de ao na forma de
U invertido. Alm disso, pode-se constatar neste trabalho que o mtodo dos
elementos finitos um mtodo numrico eficiente para a anlise de campo
magntico envolvendo materiais ferromagnticos. Tal constatao caracterizada
pela proximidade entre os valores calculados por este mtodo e os valores
experimentais obtidos.
Estudos realizados por Bolza, Donazzi e Maioli [23] mostram que a eficincia da
blindagem ferromagntica aumenta medida que a mesma vai envolvendo os cabos
por completo. Neste trabalho, simulaes para verificao da eficincia de
blindagens constitudas de tubos ferromagnticos indicam que mesmo com a
variao brusca do valor da corrente dos cabos (de 875 A para 1500 A), a variao
da intensidade do campo magntico inferior a 0,1 T, considerando-se o mesmo
ponto de verificao.
Em [24] e [25] so mostradas algumas experincias j realizadas em LSAT
existentes envolvendo materiais ferromagnticos para a atenuao do campo
magntico. Em ambos os trabalhos, a soluo para atenuar o campo magntico em
nveis de exposio muito baixos considera a utilizao de blindagens
ferromagnticas de geometria fechada. Particularmente em [24], apresentada uma
blindagem denominada raceway, a qual constituda por uma base em forma de
U e uma tampa de mesmo material. De acordo com as caractersticas eltricas da
linha, um campo magntico cerca de 40 T seria gerado a 1 m da superfcie e sobre
o eixo central dos circuitos, caso no houvesse a blindagem. Com a presena da
blindagem, o valor da densidade de fluxo para o mesmo ponto foi reduzido para 3 T
(fator de reduo de 13 vezes).
A soluo apresentada em [25] para uma linha de 132 kV em Genova mostra cabos
dentro de um tubo de ao com dimetro de 0,5 m, instalado a uma profundidade
prxima da superfcie. Esta soluo permitiu que a intensidade do campo magntico
ficasse abaixo de 0,2 T (considerando corrente de 800 A, ponto a 1 m da superfcie
e sobre o eixo da linha).
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2.4.2 Dimenses da blindagem ferromagntica
A influncia das dimenses das blindagens ferromagnticas na mitigao do campo
magntico mencionada em [16], [17], [18] e [19]. No arranjo experimental realizado
por Bucea e Kent [16], verifica-se que as blindagens formadas por chapas flexveis
de ao e que envolvem os cabos por completo, so mais eficientes na mitigao do
campo magntico quando apresentam maiores comprimentos longitudinais. Pode-se
verificar tambm neste trabalho que o aumento da espessura destas blindagens no
contribui para uma reduo significativa do campo magntico.
Clculos numricos realizados por DAmore, Menghi e Sarto [17] mostram que a
reduo do raio de tubos de ferro contribui para atenuao do campo magntico. De
acordo com [17] e [19] as blindagens ferromagnticas so mais eficientes quando
instaladas mais prximas dos cabos.
Anlises numricas realizadas em [18] e [19] mostram que o aumento da largura da
placa plana ferromagntica contribui para o aumento da eficincia da blindagem nos
pontos acima da regio central da placa, porm, podem proporcionar o aumento do
campo magntico nas extremidades da placa. Pode-se verificar em [19] que o
aumento da espessura da placa plana tambm contribui para a reduo da
intensidade do campo magntico nos pontos acima da regio central da placa.
Entretanto, este aumento torna-se irrelevante medida que os pontos de interesse
se afastam lateralmente sobre o eixo da seco transversal da linha.
De acordo com estudos realizados em [19], a diminuio do raio interno de tubos
metlicos contribui para a reduo do campo magntico externo ao tubo. J a
variao da espessura do tubo praticamente irrelevante para esta reduo.
2.4.3 Permeabilidade magntica relativa do material da blindagem
A influncia da permeabilidade magntica relativa do material da blindagem
tratada nos trabalhos desenvolvidos por DAmore, Menghi e Sarto [17] e Salinas
[19]. Em [17], clculos numricos atravs do mtodo dos elementos finitos indicam
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que a eficincia da blindagem constituda por placa plana de ferro aumenta medida
que o valor da permeabilidade magntica relativa do material reduzido,
considerando-se a distribuio de linhas de campo geradas por circuito com
disposio plana horizontal. J o inverso ocorre para circuito com disposio plana
vertical.
De acordo com estudos realizados em [19], tubos constitudos de materiais
ferromagnticos com maiores permeabilidades relativas apresentam melhor
eficincia de blindagem. Em relao blindagem constituda por placa plana,
simulaes numricas mostram que o aumento da permeabilidade magntica
relativa contribui para a reduo do campo magntico apenas nos pontos prximos
da regio central acima da placa. Em pontos lateralmente afastados, a
permeabilidade magntica relativa torna-se irrelevante para a eficincia da
blindagem.
2.4.4 Continuidade dos contatos entre os elementos da blindagemferromagntica
A continuidade dos contatos entre os elementos da blindagem ferromagntica
tratada nos trabalhos desenvolvidos por Bascom [18] e Salinas [19]. Segundo estes
trabalhos, deve-se eliminar espaos (gaps) entre estes elementos para no
comprometer a eficincia da blindagem ferromagntica.
De acordo com [18], blindagens constitudas por placas planas de ao na forma de
U invertido devem ter os contatos entre as placas verticais e a placa horizontal
soldados para eliminar os espaos (gaps). J em relao s blindagens constitudas
por placas planas de ao, a utilizao de solda no necessria para o contato
entre as placas ao longo do eixo longitudinal da linha. A sobreposio das placas
suficiente para eliminar os espaos e garantir a continuidade da blindagem.
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2.5 Tcnica de mitigao com materiais condutivos
Assim como as blindagens ferromagnticas, a definio das caractersticas
construtivas das blindagens condutivas leva em considerao aspectos como maior
facilidade de instalao, menores custos, resistncia corroso e menores impactos
na operao da LSAT, visando a maior eficincia de blindagem.
A seguir sero apresentados os parmetros que contribuem para o aumento da
eficincia da blindagem condutiva, baseados em algumas contribuies j realizadas
e que fazem parte da referncia deste documento.
2.5.1 Formato geomtrico da blindagem condutiva
A anlise da eficincia do formato geomtrico da blindagem condutiva para a
mitigao do campo magntico mencionada em [19] e [26]. Em [19], anlises
numricas foram realizadas considerando-se placas de alumnio constituindo
blindagens de diversos formatos geomtricos, tais como placas unidas envolvendo o
circuito por completo, placas unidas formando um U invertido, duas placas planas
horizontais (colocadas acima e abaixo do circuito), uma placa plana horizontal acima
do circuito e duas placas planas verticais (colocadas em cada lado do circuito). Estas
anlises foram realizadas para circuitos com disposio plana horizontal e
disposio triflio.
De acordo com os resultados obtidos nestas anlises, blindagens formadas por
placas de alumnio unidas e que envolvem os circuitos so mais eficientes na
mitigao do campo magntico. A alternativa de blindagem composta por uma placa
plana horizontal acima do circuito a que apresenta menor performance na
mitigao do campo magntico.
Segundo Hoeffelman [26], a blindagem constituda de placas de alumnio com
formato geomtrico de H mais eficiente na reduo do campo magntico que
blindagens constitudas por placas planas de alumnio ou por placas de alumnio
unidas formando um U invertido. A aplicao prtica da blindagem de alumnio em
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forma de H apresentada em [27] numa LSAT de 150 kV instalada na Blgica. De
acordo com as caractersticas eltricas da linha, um fator de reduo de
aproximadamente 10 vezes foi obtido com a presena da blindagem.
2.5.2 Dimenses da blindagem condutiva
A influncia das dimenses das blindagens condutivas na mitigao do campo
magntico mencionada nos trabalhos desenvolvidos por DAmore, Menghi e Sarto
[17], Salinas [19] e Hoeffelman [26]. De acordo com estes trabalhos, o aumento da
espessura de placas planas de alumnio contribui para o aumento da eficincia da
blindagem na atenuao do campo magntico, principalmente em pontos na regio
central sobre a placa. Entretanto, o aumento da espessura para valores acima do
valor da profundidade de penetrao (skin depth) no proporciona melhor
eficincia da blindagem. Segundo estes trabalhos, espessuras da ordem de 3 mm
so recomendadas para se obter melhor eficincia das placas planas de alumnio,
tanto na mitigao do campo magntico como tambm na proteo mecnica e
resistncia corroso.
De acordo com [19] e [26], o aumento da largura das placas planas condutivas
contribui para a reduo da intensidade do campo magntico ao longo da seco
transversal da linha. Entretanto, esta largura deve ser dimensionada com o objetivo
de evitar a queda brusca da eficincia da blindagem em relao aos pontos
prximos da regio central sobre a placa. Para isso, Hoeffelman [26] recomenda que
a razo entre a largura da placa plana e a distncia da placa aos cabos seja superior
ao valor 4. A aproximao entre a placa e os cabos aumenta a eficincia da
blindagem, porm, pode impactar na capacidade de conduo de corrente da linha
devido ao aquecimento presente na placa.
Em relao s blindagens condutivas com formato geomtrico do tipo fechado,
resultados de clculos numricos realizados em [17] mostram que o aumento do raio
de tubo de alumnio contribui para a reduo do campo magntico externo ao tubo.
De acordo com clculos numricos realizados em [19], o aumento da rea do
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quadrado formado por placas de ao, as quais envolvem o circuito por completo,
proporciona maiores fatores de reduo do campo magntico.
2.5.3 Condutividade eltrica do material da blindagem
A condutividade eltrica um parmetro essencial para a eficincia da blindagem
condutiva. Sua influncia pesquisada no trabalho desenvolvido por Salinas [19],
onde clculos numricos realizados mostram que materiais com maior condutividade
eltrica so mais eficientes na reduo do campo magntico. Em outras palavras,
blindagens de cobre so mais eficientes na mitigao do campo magntico que
blindagens de alumnio, considerando-se a mesma espessura dos materiais.
2.5.4 Continuidade dos contatos entre os elementos da blindagem condutiva
De acordo nos trabalhos desenvolvidos por Salinas [19] e Hoeffelman [26],
blindagens constitudas por placas planas no necessitam de soldas entre os
elementos ao longo do eixo longitudinal da linha. A sobreposio entre placas
suficiente para manter a continuidade da blindagem ao longo do eixo longitudinal. J
em relao s blindagens na forma de U invertido, h a necessidade de um timo
contato entre as placas verticais e a placa horizontal da geometria U invertido e,
tambm, entre os diferentes elementos ao longo do eixo longitudinal da linha.
Segundo [19] e [26], blindagens com formato geomtrico H devem apresentar um
timo contato eltrico entre as placas verticais ao longo do eixo longitudinal. Alm
disso, as placas verticais opostas da blindagem devem ser interligadas nas
extremidades da rea blindada para possibilitar a circulao das correntes parasitas
nas partes laterais da blindagem. J s placas horizontais da blindagem H no
necessitam estarem sobrepostas entre si ao longo do eixo longitudinal e no
necessitam estarem em contato com as placas verticais ao longo do eixo transversal
da linha.
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3 ESTUDOS ANALTICOS DE CAMPO MAGNTICO DE LINHASSUBTERRNEAS DE ALTA TENSO
3.1 Metodologia
Os estudos analticos presentes neste captulo visam demonstrar a influncia dos
parmetros de instalao e dos parmetros