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Resumo- Este artigo resume as contribuições mais relevantes

do projeto de pesquisa e desenvolvimento executado pelas Uni-

versidades Federais da Bahia e de Pernambuco para a COEL-

BA, relativo à Pesquisa, Desenvolvimento Tecnológico e Miti-

gação de Problemas de Compatibilidade Eletromagnética em

Subestações, considerando duas subestações piloto: SE CAB e

SE Beribeira. Foram avaliadas as características estruturais e o

ambiente eletromagnético dessas instalações, baseando-se estas

análises em medições de campo. O artigo apresenta as princi-

pais conclusões dessa investigação, abordando aspectos relacio-

nados às técnicas de medição e de representação dos campos

eletromagnéticos medidos, as ferramentas utilizadas para esse

fim, além de fornecer um guia prático para a utilização dessas

técnicas em outras instalações do sistema elétrico da COELBA.

Palavras-chave — Compatibilidade Eletromagnética, Inter-

ferência Eletromagnética, Ambiente Eletromagnético, Medição

de Campos Eletromagnéticos, Aterramento.

I. INTRODUÇÃO

A aplicação da compatibilidade eletromagnética (EMC) às instalações do Setor Elétrico tem merecido uma atenção cada vez maior das Empresas Concessionárias de Energia Elétrica, em função da crescente instalação de dispositivos eletrônicos, geralmente microprocessados, em subestações, que são utilizados em sistemas de automação, medição, mo-nitoração, proteção e controle. O uso desses dispositivos requer modificações estruturais nas subestações que vão desde o sistema de aterramento até a implantação de dispo-sitivos de proteção contra surtos, uso de isoladores e blinda-gens, cuja finalidade é minimizar os efeitos dos acoplamen-tos eletromagnéticos intrínsecos ao processo elétrico, uma vez que a susceptibilidade destes dispositivos os torna cir-cuitos-vítimas potenciais destes campos, sejam estes condu-zidos pelos cabos e conectores, sejam estes irradiados pelo ar [1]. A proposta era desenvolver um projeto piloto em EMC que permitisse à COELBA avaliar as características do am-biente eletromagnético de suas instalações e implementar melhorias no projeto de novas subestações, minimizando a

C. de A. Silveira, C.A.da Costa, R. da C. e Silva e trabalham como

pesquisadores no Grupo EMC Aplicada da UFBA (e-mails: caabreu@cefetba.br, caiuby@ufba.br, rcosta@ufba.br).

L.H.A.de Medeiros trabalha na UFPE (e-mail: lhm@ufpe.br). J.C.P.Guimarães e C.A.C. Caria trabalham na COELBA (e-mails:

cpugliese@coelba.com.br, ccaria@coelba.com.br).

taxa de risco de falhas pela falta de EMC. Para atender a esta proposta foram avaliadas duas subestações da COEL-BA: A SE CAB, investigada principalmente no Ano I do projeto e a SE Beribeira (BRB), avaliada no decorrer do Ano II, já baseada nos resultados parciais da avaliação da SE CAB. As instalações foram avaliadas quanto a natureza dos aco-plamentos eletromagnéticos existentes, quanto ao seu arranjo e aos problemas de engenharia básica e quanto às caracterís-ticas e à integridade dos sistemas de aterramento, o que re-sultou em conclusões e recomendações que deverão ser inte-gradas à filosofia de projeto de novas subestações da CO-ELBA. A pesquisa ainda propôs a sistematização do método de medição de campos utilizado e a ferramenta desenvolvida durante a pesquisa para permitir a visualização dos campos projetados na planta, o programa VCEM.

II. PROCEDIMENTOS PRELIMINARES - METODOLOGIA

O desenvolvimento da pesquisa considerou as seguintes etapas de trabalho [2]: (1) Avaliação das subestações piloto: caracterização do pro-blema através de inspeções visuais, levantamento das carac-terísticas e especificações dos equipamentos instalados e verificação da integridade dos sistemas de aterramento; (2) Medição de campos elétricos e magnéticos: nas medi-ções de campos de baixa freqüência foi utilizado o medidor EFA-300 [3] e na medição de campos de alta freqüência foi utilizado o EMR-300, ambos da Narda Measurements; (3) Representação gráfica dos campos eletromagnéticos me-didos: visualização da distribuição dos acoplamentos e de-senvolvimento do VCEM, produto da pesquisa; (4) Identificação dos acoplamentos eletromagnéticos em relação aos equipamentos e ao arranjo físico das instalações; (5) Análise dos acoplamentos de acordo com as normas téc-nicas suporte dos instrumentos utilizados nas medições, es-pecificamente, normas VDE, IEC e IEEE; (6) Diagnóstico eletromagnético da instalação em regime permanente; (7) Conclusões e recomendações específicas para as SE's piloto e sua generalização para aplicação em outras SE's.

A. Inspeção Visual

É realizada na SE com ênfase nos seguintes aspectos: - Instalação dos equipamentos: verificação das condições de instalação dos mesmos conforme projeto (plantas, cortes e diagramas unifilares), ou se houve alteração não documen-

Mitigação de Problemas de Compatibilidade Eletromagnética em Subestações da COELBA

C. de A. Silveira, CEFET-BA, C. A. da Costa e R. da C. e Silva, UFBA, L. H. A. de Medeiros, UFPE, J. C. P. Guimarães e C. A. C. Caria, COELBA

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tada (substituição de equipamento); - Acessibilidade à área: segurança de acesso a áreas críticas, consistindo de investigação de distâncias elétricas entre e-quipamentos e circuitos; - Conservação da instalação: limpeza, estrutura da área bri-tada, das canaletas, existência de materiais espalhados no pátio, conexões, etc.

A inspeção visual prévia da instalação permite avaliar como a subestação está operando e que aspectos da instala-ção podem comprometer seu desempenho como parte do sistema elétrico, até porque equipamentos eletrônicos sensí-veis (EES) instalados podem ficar mais susceptíveis a dis-túrbios decorrentes desses aspectos. Com relação à medição de campos eletromagnéticos, ela permite definir as caracte-rísticas das malhas de medição. Tradicionalmente as áreas são divididas em setores medidos de acordo com a marca-ção de pontos propostos nessa avaliação [4]-[7].

B. Definição de Pontos a serem Medidos

Além do mapeamento eletromagnético abrangendo toda a área da instalação, os campos elétricos e magnéticos foram medidos com mais detalhe nos seguintes pontos: - Vizinhança dos transformadores de força, disjuntores, chaves seccionadoras e pára-raios; - Sob os barramentos, entradas e saídas de linhas; - Próximo aos sistemas de cabeamento e às blindagens, es-truturas metálicas; - No interior da Casa de Comando, onde estão instalados os dispositivos de medição, proteção, comunicação, controle e automação; - Nas conexões de aterramento dos equipamentos do pátio e dos EES.

III. MEDIÇÃO DE CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS NA SE CAB

A SE CAB 69/11,9kV, 53,4MVA está localizada próxima ao Edifício Sede da COELBA, em Salvador. Possui dois transformadores em operação, T1 e T3, de 26/33MVA cada. As saídas secundárias em 11,9kV são subterrâneas, enquanto que os alimentadores de saída são aéreos.

A. Inspeção Visual da SE CAB

A partir da inspeção visual da SE CAB foram definidas as malhas de pontos a serem usadas na medição dos campos eletromagnéticos por setores da subestação, considerando espaçamentos médios de 2m ou de 1m, a saber: - Pátio 69kV, até os transformadores de potência, área entre os cubículos e as saídas aéreas em 11,9kV, perímetro da casa de comando: espaçamento médio de 2m; como o pátio 69kV mede 64m x 46m, foram definidas 33 réguas de medi-ção com 24 pontos em cada uma delas; - Perímetro dos cubículos, perímetro do banco de capacito-res, área das canaletas dos circuitos de saída secundária dos transformadores, área entre os cubículos e a casa de coman-do e a vizinhança das saídas aéreas dos alimentadores em 11,9kV: espaçamento médio de um metro; - Área interna da casa de comando: espaçamento de 50cm.

Na área lateral à casa de comando, vizinha à Estação Rá-

dio Base (ERB) TIM/MAXITEL, só foram medidos alguns pontos avulsos.

B. Croqui de Medição

A Figura 1 traz um croqui com a topologia básica da SE CAB, mostrando a marcação dos setores definidos para faci-litar as medições em campo. Nessa representação, estão i-dentificados o pátio 69kV, onde predominam as instalações aéreas de linhas e barramentos, e em 11,9kV, onde predomi-nam as instalações subterrâneas, com cabos em canaletas, que alimentam os equipamentos instalados nos cubículos, o banco de capacitores e os alimentadores de.saída, que saem da subestação como circuitos aéreos de distribuição.

Figura 1. Setores de Medição e Croqui de Medição da SE CAB.

C. Medições de Campos em Regime Permanente

Os valores de campo elétrico, E, dados em V/m e da indu-ção magnética, B, dados em Teslas, foram armazenados di-retamente nas memórias do instrumento EFA-300.

Como a malha de medição foi definida em relação à plan-ta baixa da instalação, as coordenadas x e y dos pontos me-didos corresponderam exatamente às coordenadas da área mapeada. Com isso, a projeção de campos definida por pon-tos PE(x,y,E) e PB(x,y,B) correspondem, respectivamente, à projeção no plano XY da magnitude do campo elétrico e da magnitude da indução magnética medida na coordenada xy, para um ponto situado a 1m do solo. Para que as medições pudessem ser realizadas na SE CAB foi necessário efetuar a marcação dos pontos definidos na área da subestação, sem que essa marcação interferisse nos valores de campo medidos. Foi definido que seriam utilizadas trenas de fibra de vidro de 50m e 20m para referenciar a marcação de uma grade de

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medição com tinta branca, como mostrado na Figura 2, para não interferir nas cores já utilizadas em subestações. Um problema dessa marcação está na manutenção das marcas, principalmente na área britada, uma vez que estas são facil-mente apagadas pelo trânsito de pessoas na área.

Figura 2. Marcação da Malha de Medição na Área Britada.

A Tabela I apresenta as datas e o total de pontos medidos durante a 1ª etapa de medições realizadas na SE CAB.

TABELA I

Resumo das Medições de Campo realizadas na SE CAB

Todas as medições de campo foram realizadas na cota de

1,0m, como recomendado pela Narda Measurements, base-ada em norma alemã VDE [8]. Como não há uma regula-mentação específica em EMC no Brasil, estas medições cos-tumam ser realizadas em conformidade com normas ameri-canas e européias, inclusive àquelas aplicadas à Qualidade da Energia Elétrica [9]-[11].

IV. MEDIÇÃO DA INDUÇÃO MAGNÉTICA E DE CAMPO ELÉ-

TRICO NA SE CAB – VISUALIZAÇÃO GRÁFICA

A. Medições no Pátio 69kV

A Figura 3 mostra os níveis de indução magnética (B), medidos no pátio 69kV da SE CAB. Observa-se que os ní-veis de indução magnética na vizinhança do secundário dos transformadores de potência são bem mais elevados que os medidos no setor 69kV. A escala do gráfico faz com que as variações de B não sejam perceptíveis. Isso torna necessário subdividir o setor em trechos menores, mais homogêneos, representados na figura 3 pelos trechos I, II, III e IV.

Figura 3. Indução Magnética no Pátio 69kV da SE CAB.

A figura 4 apresenta os níveis de campo elétrico medidos no pátio 69kV da SE CAB. De forma similar ao caso anteri-or, a área foi dividida em 04 setores transversais à entrada de linha em 69kV.

Figura 4. Campo Elétrico no Pátio 69kV da SE CAB

No setor I, entrada e saída de linha em 69kV observam-se os valores máximos de campo elétricos da instalação evi-denciados na figura pelas setas vermelhas. O setor II eviden-cia os barramentos 69kV e os pontos onde estes campos se compensam (se atenuam) ou se somam. É possível verificar que os campos observados no círculo superior (vermelho) são ligeiramente superiores aos do círculo inferior (marrom) e que há um pico mais evidente (seta vermelha) a ser identi-ficado através de outro corte da instalação. O setor III cor-responde aos primários de T1 e T3 e o setor IV, às saídas subterrâneas de seus secundários em 11,9kV.

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B. Medições na Canaleta de Saída dos Transformadores

69/11,9 kV

A figura 5 mostra picos de indução magnética já identifi-cados na figura 3 e que se referem aos campos gerados pelas correntes secundárias dos transformadores T1 e T3. A figura 6 traz os níveis de campo elétrico medidos no mesmo trecho. Nessa figura pode-se observar o efeito do acoplamento ca-pacitivo nos transformadores T1 e T3: o campo elétrico é atenuado na vizinhança da fase central é atenuado em função do acoplamento capacitivo com as outras fases.

Figura 5. Indução magnética na canaleta - saídas 11,9kV dos transformado-res.

Figura 6. Campo Elétrico na Canaleta – secundários de T1 e T3.

C. Medições entre os Cubículos e os Alimentadores 11,9kV

A figura 7 mostra os níveis de B medidos na área compre-endida entre os cubículos e as saídas de linha em 11,9kV enquanto que a figura 8 apresenta uma projeção dos níveis de campo elétrico. Nesse trecho os circuitos são subter-râneos.

Figura 7. Indução magnética entre os cubículos e os alimentadores 11,9kV.

Figura 8. Campo elétrico medido entre os cubículos e os alimentadores.

Observando-se a figura 8 constata-se que o campo elétrico na vizinhança dos cubículos é mais elevado que na vizi-nhança das saídas de 11,9 kV.

D. Medições entre os Cubículos e a Casa de Comando

A figura 9 apresenta os níveis de indução magnética me-didos na área compreendida entre os cubículos e a casa de comando. Nessa figura é possível observar a redução nos níveis de B à medida que o ponto medido se distancia da fonte, que são os cubículos, ou ainda, à medida que o medi-dor de campo se aproxima da Casa de Comando.

Figura 9. Indução magnética entre os Cubículos e a Casa de Comando.

A figura 10 apresenta os níveis de campo elétrico medidos na mesma área. Pode-se observar que, a despeito da conexão entre os cubículos e a casa de comando ser subterrânea, os níveis de campo elétrico medidos a um metro do solo são relativamente elevados.

Figura 10. Campo Elétrico entre os Cubículos e a Casa de Comando.

E (V/m)

E (V/m)

E (V/m)

B (T)

B (T)

B (T)

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E. Medições na Vizinhança do Banco de Capacitores:

A figura 11 mostra que a densidade de fluxo magnético na vizinhança do banco de capacitores não é uniforme, o que evidencia o efeito do acoplamento indutivo com as demais instalações energizadas da planta.

Figura 11. Indução magnética - Banco de capacitores.

A figura 12 mostra a distribuição de campo elétrico na vi-zinhança do banco e o efeito dos acoplamentos elétricos deste com os circuitos que passam na canaleta C4 e com os cubículos 11,9kV.

Figura 12. Campo Elétrico na vizinhança do Banco de Capacitores.

Durante a medição, o banco de capacitores estava dese-nergizado; caso o banco estivesse em operação, a intensida-de de campo elétrico seria maior, uma vez que bancos de capacitores são fontes de tensão que produzem campos elé-tricos significativos. Nas condições em que foram efetuadas essas medições, o pico mais significativo identificado ocor-reu entre o banco de capacitores e os cubículos.

F. Medições no interior da Casa de Comando

A figura 13 mostra a distribuição do fluxo magnético no interior da Casa de Comando. É possível identificar a exis-tência de um único pico de indução, que ocorre na vizinhan-ça do circuito de saída dos serviços auxiliares.

Os níveis de indução magnética no interior da casa podem ser considerados baixos, até por conta da predominância de equipamentos de controle, que, tradicionalmente, não se constituem fontes de campo magnético significativas, como é o caso dos equipamentos de sistemas de potência instala-dos na subestação.

A figura 14 apresenta os níveis de campo elétrico medidos no interior Casa de Comando. Analisando a distribuição de campo elétrico dentro da Casa de Comando verifica-se que, ao contrário do que ocorreu com a densidade de fluxo mag-nético, ocorrem vários pequenos picos no interior da sala,

sendo que o mais significativo deles, da ordem de 20V/m, ocorre na vizinhança da saída de serviços auxiliares e é re-sultante de diversas fontes distribuídas em sua vizinhança, inclusive dos cabos instalados nas canaletas que chegam aos painéis.

Figura 13. Casa de Comando – Indução Magnética. Vista Frontal.

Figura 14. Campo elétrico medido no interior da Casa de Comando.

Além dos cabos e da saída de serviços auxiliares, podem ser identificadas como fontes de campo elétrico na instala-ção os sistemas de comunicação e os demais equipamentos instalados no painel.

V. MEDIÇÃO DE CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS DE ALTA

FREQÜÊNCIA NA SE CAB

O objetivo dessas medições foi determinar se o campo e-létrico proveniente da ERB Tim/Maxitel (composta de doze antenas dos sistemas GSM e TDMA), que está instalada na área interna da SE CAB, interfere em sua operação.

A figura 15 apresenta as antenas que compõem a ERB TIM/Maxitel instalada na SE CAB.

Figura 15. ERB Tim/Maxitel (GSM/TDMA).

E (V/m)

E (V/m)

B (T) B (T)

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A. Procedimentos de Medição

Foram considerados seis pontos de medição identificados no croqui da figura 16.

Figura 16. Croqui da SE CAB com os pontos onde foram medidos os

efeitos de campo irradiado pela ERB TIM/Maxitel.

Além do medidor EMR-300 com ponta de prova de cam-po elétrico de 100kHz a 3GHz, foi utilizado um instrumento Analisador de Intensidade de Campo Protek 3200, que mede freqüências na faixa de 10kHz a 2GHz,, o que possibilitou identificar a qual era a freqüência que estava sendo efetiva-mente medida.

Valores instantâneos de campo elétrico foram medidos a cada 8 segundos variando-se a posição do instrumento de cima para baixo, de forma a medir a radiação ao longo da altura de uma pessoa. Estas medidas foram registradas na memória do instrumento durante um período de 6 minutos.

Não foram utilizados valores de correção das medidas, pois não se sabia a quantidade de transmissores existentes, nem o tráfego do sistema na hora da medida.

B. Normas de Referência - Parâmetros Adotados

Os parâmetros adotados nas medições da ERB basearam-se nas seguintes normas e diretrizes técnicas: − ANATEL: “Diretrizes para limitação da exposição a

campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos variá-veis no tempo na faixa de freqüências entre 9kHz e 300GHz, contidas na resolução 303 da ANATEL de 02/07/2002, publicada no Diário Oficial em 10/07/2002, Tabela 2” [12].

− Norma 03/02 CEPRAM-BA, que fixa o valor máximo de campo elétrico radiado em 9V/m nas freqüências consi-deradas [13].

− “Método de medição da radiação na faixa de telefonia celular em tecnologia TDMA”. Documento elaborado no DEE - Escola Politécnica – UFBA.

C. Análise dos Valores de Campo Elétrico Medidos

Com base nas medições, a ERB Tim/Maxitel, instalada em área interna da SE CAB, apresenta valores de campo elétrico inferiores aos limites fixados nas Normas [12]-[13].

Mesmo aplicando de um fator de correção relativo à hora em que as medidas foram realizadas, por volta de 10:00 h, que se situa abaixo de 3 (três), os valores de E encontrados ficam abaixo do preconizado pelas normas.

Um dado relevante obtido durante essas medições foi re-gistrado para o ponto próximo ao transformador de potência T3 (ponto 3), foi a detecção de sinais interferentes, supos-tamente harmônicos, que sobrepujam os sinais oriundos da ERB Tim/Maxitel e que devem ser melhor investigados.

VI. MEDIÇÃO DE CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS NA SE BE-

RIBEIRA – 2ª SUBESTAÇÃO PILOTO

A SE Beribeira (BRB) 69/13,8kV está situada na Região Metropolitana de Salvador. Possui duas entradas de linha 69kV, dois transformadores 10/12,5MVA em paralelo e cinco saídas em 13,8kV. BRB foi escolhida como 2ª SE pi-loto e como estudo de caso, em função da queima de um supressor de surtos instalado em um container metálico, pró-ximo à Casa de comando e à Torre de Comunicação existen-te na SE.

As figuras 17 e 18 apresentam, respectivamente, uma vi-são geral do pátio 69kV de BRB e uma vista da Torre e do container metálico.

Figura 17. Pátio 69kV da SE ALFA, 69/13,8kV, 2x12,5MVA.

Figura 18. ERB de telefonia móvel e container blindado.

A. Inspeção Visual da SE Beribeira

A 1ª inspeção visual de BRB detectou alguns problemas que estão resumidos na Tabela II.

Do ponto de vista de EMC, dentre todos esses aspectos de engenharia básica identificados em BRB, aqueles relaciona-dos com o aumento da probabilidade de falhas envolvendo o sistema de aterramento são os mais relevantes.

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TABELA II 1ª INSPEÇÃO VISUAL DA SE BERIBEIRA – PROBLEMAS IDENTIFICADOS

1. Violação da cerca de arame farpado da SE, suge-

rindo acesso indevido de pessoas e de animais; 2. Inacessibilidade dos pontos de verificação da ma-

lha de terra na área britada do pátio 69/13,8kV; 3. Sistema de aterramento para o container e para a

torre de comunicações - não identificado; 4. Existência de fissuras nas bases de concreto de vá-

rios equipamentos; 5. Oxidação em cordoalhas, em conexões, na base da

torre e em conectores de equipamentos da SE; 6. Infiltração no piso paviflex do container, fofo e

deformado em vários pontos; 7. Aterramento inadequado de alguns equipamentos

existentes na planta; 8. ExistÊncia de chaves seccionadoras 69kV com a-

bertura vertical, aumentando o risco de falha por captação de descarga

9. Existência de equipamentos instalados em cotas mais baixas, aumentando o grau de risco de acesso para funcionários da Empresa.

A figura 19, por exemplo, mostra a existência de uma ar-ruela oxidada e a figura 20 mostra que as carcaças dos TP’s estão aterradas em um ponto da malha de terra distinto da-quele onde a estrela está fechada. É importante observar que a utilização de um 2º ponto de aterramento para a carcaça de um transformador é um procedimento que deve ser evitado.

Figura 19. Aterramento incorreto - arruela oxidada.

Figura 20. Aterramento incorreto - Carcaça e Estrela dos TP’s.

B. Procedimentos de Medição

As medições de campo elétrico e de indução magnética da

SE BRB obedeceram à mesma metodologia adotada nas medições realizadas na SE CAB. Nesse caso, como a área da instalação é menor, todo o pátio da subestação foi mapeado como uma única malha de medição com espaçamento médio de 1m e composta por cerca de 1900 pontos; estes pontos foram medidos inicialmente à cota de 1m, como pode ser visto na figura 20 e é mostrado na figura 21.

Figura 21. Malha de Medição no Pátio 69/13,8kV da SE BRB.

As medições de campo efetuadas no interior da Casa de Comando e no interior do Container consideraram um espa-çamento médio de 60cm, como mostrado na figura 22.

Figura 22. Malha de Medição no Interior da Casa de Comando da SE BRB.

Complementando as medições nas duas subestações, fo-ram efetuadas novas medições com o instrumento na cota de 1,70m, de forma a avaliar a intensidade dos campos aos quais pessoas ficariam expostas no interior da SE [14].

Além dessas medições foram feitas medições espectrais de campo elétrico e de indução magnética considerando o filtro FFT do EFA-300 e a largura do filtro na faixa de fre-qüências entre 5Hz e 2kHz.

C. Croqui de Medição da SE BRB

A figura 23 traz um diagrama representativo da malha de medição adotada na SE BRB, considerando, além do pátio 69/13,8kV, os perímetros do container metálico e da base da torre de comunicação. Nesse esquema é possível identificar a posição relativa das réguas de medição e o sentido adota-do na execução das mesmas, iniciadas do setor 69kV para o setor da 13,8kV.

Da mesma forma que na SE CAB, essas medições foram representadas graficamente através de projeções no plano XY geradas pelo VCEM, posteriormente analisadas para permitir a análise da distribuição dos acoplamentos eletro-magnéticos existentes na planta.

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Figura 23. Croqui de Medição – Mapeamento da SE BRB.

D. Medições de Campos em Regime Permanente

As figuras 24 a 27 apresentam, respectivamente, a distri-buição dos campos elétricos e da indução magnética em BRB medidos no pátio 69/13,8kV e no interior da Casa de Comando.

Figura 24. Distribuição de Campo Elétrico: Pátio 69/13,8kV da SE BRB.

Figura 25. Indução Magnética no Pátio 69/13,8kV da SE BRB.

Figura 26. Distribuição de Campo Elétrico - Interior da Casa de Comando.

Figura 27. Indução Magnética no Interior da Casa de Comando.

VII. MEDIÇÃO DE CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS DE ALTA

FREQÜÊNCIA NA SE CAB

O objetivo dessas medições, assim como na SE CAB, foi determinar se o campo elétrico proveniente da torre de co-municação instalada na área interna de BRB interfere em sua operação.

A. Procedimentos de Medição

A metodologia utilizada foi a mesma da SE CAB, tendo sido considerada a medição de oito pontos de instalação, que estão identificados no croqui da figura 28.

Da mesma forma, os parâmetros e normas adotados para BRB foram os mesmos considerados anteriormente nas me-dições da SE CAB.

Subestação

Alimentadores

Figura 28. Croqui de Medição em AF para a SE BRB – Medição dos efei-tos de campo irradiado pela torre de comunicação.

B. Análise dos Valores de Campo Elétrico Medidos

As medições de alta freqüência em BRB foram bastante pre-

B (T)

E (V/m)

B (T)

E (V/m)

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judicadas pela forte chuva que caia no local durante a exe-cução das mesmas, sem, no entanto, prejudicar a validade das mesmas. Constatou-se que os valores de campo elétrico mais significativos se devem a harmônicas da freqüência de 60Hz existentes na subestação e não aos rádios de RF insta-lados.

Uma atenção especial foi dada ao ponto 8, no interior da Casa de Comando, que é o local onde foi registrado o maior valor de campo medido e que está próximo a um radio des-ligado.

O ponto 1, medido na entrada da SE BRB, sob a saída de dois alimentadores 13,8kV, também registrou um valor de campo elevado.

VIII. AVALIAÇÃO DOS SISTEMAS DE ATERRAMENTO

A. Avaliação da Malha de Terra da SE CAB

A malha de terra da SE CAB foi avaliada pela empresa AC PROJETOS Engenharia e Consultoria, em setembro de 2004. Esta avaliação consistiu na verificação da integridade do sistema de aterramento através da medição da resistência à terra da malha, em conformidade com a norma IEEE Std 81 – 1983 IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity,

Ground Impedance, and Earth Surface Potential of a

Ground System [15]. O método de medição utilizado foi o Potential Fall Method e o valor da resistência à terra do sistema de aterramento de CAB medido foi igual a 3,59Ω. A AC Projetos concluiu que esse valor, 3,59Ω, representa o valor real do sistema em análise, uma vez que foi medido na região do Terra Remoto e as medições de continuidade realizadas entre as áreas onde ocorreram ampliações do sis-tema de aterramento, assegurando, com isso, que todas as conexões entre o sistema de aterramento original e as ampli-ações posteriores foram executadas adequadamente. Tam-bém foram verificadas e confirmadas as conexões dos ater-ramentos dos transformadores de potência T1 e T3 na malha de terra da SE e a integridade da malha de terra existente foi assegurada. É importante ressaltar que as conclusões do estudo desen-volvido pela AC Projetos não estão relacionadas com a con-formidade da malha de terra da subestação sob a óptica da EMC. Investigações no âmbito da EMC envolvendo o siste-ma de aterramento da SE CAB vão exigir investigações mais complexas das características estruturais da malha de terra existente, das características de propagação de sinais na ma-lha e dos acoplamentos eletromagnéticos existentes, decor-rentes da injeção de sinais, tanto sob condição de regime permanente, quanto sob condições transitórias [16].

B. Avaliação da Malha de Terra da SE Beribeira

A AC PROJETOS Engenharia e Consultoria avaliou a malha de terra da SE BRB em julho de 2006, considerando a mesma metodologia de medição utilizada na SE CAB.

O valor da resistência à terra do sistema de aterramento de BRB foi medido igual a 1,37Ω, que representa o valor real do sistema sob análise, pois foi medido dentro da região do patamar teórico. O sistema de aterramento é constituído por uma malha de dimensão significativa (46,25m x 37,75m) e o valor encontrado reflete esta realidade.

Além disso, a AC Projetos concluiu que existe continui-dade entre os equipamentos, estruturas de concreto e metáli-cas e o Sistema de Aterramento da SE, sendo também verifi-cadas e confirmadas as conexões dos aterramentos dos trans-formadores T1 e T2 na malha.

Os cabos provenientes de equipamentos foram lançados em tubulações metálicas devidamente aterradas, fazendo-se necessário, entretanto, realizar a manutenção destas cone-xões, com um elevado grau de oxidação. Constatou-se ainda a existência de um cabo terra lançado na canaleta, permitin-do uma adequada blindagem dos cabos de sinal.

Observou-se a inexistência de condutores de aterramento em alguns equipamentos (refletores), localizados na periferia da malha e mesmo condutores de aterramento rompidos em estruturas de concreto. Com relação ao container metálico e à torre de comunica-ção, a empresa concluiu o seguinte: • Existem problemas de conexão nas barras de terra do Container, bem como problemas de descontinuidade do bandejamento (não acoplamento ao bastidor/rack) interna-mente ao Container e dentro da Casa de Comando. • As medições de continuidade realizadas entre as barras de terra do Container de Telecomunicação e o Sistema de Ater-ramento da SE apresentaram valores ôhmicos elevados, da ordem de 60Ω, levando a crer na possibilidade da não inter-ligação, de forma direta, do anel de aterramento do container ao Sistema de Aterramento da SE.

C. Queima do Supressor de Surto

Foram feitas simulações envolvendo a ocorrência de um curto fase-terra no 13,8kV da SE BRB.

Na 1ª delas considerou-se o curto em um dos alimentado-res ativos, com uma corrente de falta de 250A. A diferença de potencial medida entre a malha de terra e o container foi bastante elevada, principalmente em relação às característi-cas da contingência considerada.

Um 2º caso considerou a ocorrência de um curto franco no barramento 13,8kV da SE. Nesse caso, a diferença de potencial gerada entre as malhas foi superior à tensão de isolação dos cabos de alimentação do container.

Não existem evidências da ocorrência de descargas at-mosféricas na região, o que pode tornar ainda causa prová-vel da queima dos supressores, a ocorrência de um defeito interno ao mesmo.

Com isso, conclui-se que a instalação de equipamentos de proteção contra surtos de tensão em sistemas elétricos que apresentam sistemas de aterramento mal dimensionados, não têm qualquer efeito protetor e, como no caso de BRB, ainda podem causar danos às instalações elétricas onde estão insta-lados.

IX. CONCLUSÕES TÉCNICAS DA PESQUISA

A medição de campos eletromagnéticos em subestações é um procedimento que deve ser integrado ao projeto de novas subestações e às modificações de instalações mais antigas, uma vez que a pesquisa comprova que a topologia da subes-tação influencia na distribuição dos campos e nas caracterís-ticas dos acoplamentos existentes na planta;

Com base nas etapas de pesquisa desenvolvidas nesse pro-jeto foram entregues à COELBA os seguintes produtos: Manual de sistematização de procedimentos em EMC.

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Programa para a geração dos Gráficos de projeção 3-D dos campos, a partir dos valores de medidos. Esse aplica-tivo, denominado VCEM, foi encaminhado a COELBA em um pacote composto do CD de instalação e cópia im-pressa de seu manual de utilização;

Roteiro prático de medição para uso dos profissionais da COELBA denominado “Guia para medições de intensi-

dades de campos elétricos e magnéticos em subestações

da COELBA utilizando o EFA-300”. Além desses produtos, a pesquisa traz em si contribuições

significativas às decisões de engenharia da Empresa, quais sejam: Recomendação para que seja efetuada a medição da ten-

são de rádio interferência (realização de testes de RIV) para sistemas elétricos com tensões abaixo de 230kV, sugerido por esta pesquisa e que foi incorporado pela COELBA aos seus procedimentos;

Desaconselhamento do uso de equipamentos que atuem, por sua geometria, como captadores de descargas atmos-féricas, como é o caso das chaves seccionadoras verticais instaladas em BRB e em outras subestações COELBA;

Verificação da necessidade de aterramento normalizado no caso das torres de comunicação instaladas nas subes-tações;

Recomendação de um programa de manutenção perma-nente para as subestações desassistidas, visando assegu-rar sua operação dentro dos padrões de qualidade da concessionária;

Verificação de eventuais pontos quentes em instalações em decorrência do arranjo de equipamentos e condutores e da natureza dos acoplamentos que esses arranjos pro-duzem;

Recomendação para a aplicação de procedimentos de segregação de cabos em canaletas por função, força ou sinal, visando minimizar o grau de interferência entre es-ses distintos circuitos;

Atualização da documentação técnica das instalações e dos equipamentos para evitar intervenções equivocadas em subestações energizadas;

A evidência da intima correlação existente entre os re-quisitos da EMC, da natureza dos eventos detectados e a qualidade do sistema de aterramento existente na planta.

A. Conclusões relacionadas à Avaliação da SE CAB

Os campos elétricos e magnéticos medidos em condição de regime permanente mostraram-se compatíveis com a topologia da instalação;

Os campos eletromagnéticos de alta freqüência gerados pela torre de comunicação não influenciam nem prejudi-cam o desempenho da instalação;

As estruturas do setor 69kV são baixas, o que intensifica os campos eletromagnéticos radiados aos quais os fun-cionários da empresa são submetidos quando estão traba-lhando na área;

Campos eletromagnéticos intensos, na faixa de radiofre-qüência, ocorrem na vizinhança dos transformadores;

Foram identificados pontos quentes na vizinhança das buchas dos transformadores de corrente em 69kV, que sugerem a ocorrência de efeito corona na SE;

A malha de terra se apresenta integra e com resistência característica de aterramento compatível com as normas de aterramento;

Foram identificados pontos de oxidação em conexões de equipamentos;

Foi verificado que os cabos de força e de sinal instalados nas canaletas não estão segregados por função. Na pro-ximidade da casa de comando da subestação, a grande quantidade de cabos e condutores existentes favorece si-tuações de risco do ponto de vista da EMC, pois favore-ce o acoplamento condutivo na vizinhança dos equipa-mentos eletrônicos sensíveis.

B. Avaliação da SE Beribeira

As medições de campos elétricos e magnéticos efetuadas em regime permanente mostraram-se compatíveis com a topologia da instalação;

Os campos eletromagnéticos de alta freqüência gerados pela torre não influenciam nem prejudicam o desempe-nho da subestação;

A malha de terra da subestação se apresenta integra e com resistência característica de aterramento compatível com as normas de aterramento apenas para a área britada que compõe o pátio de manobras da instalação, em 69/13,8kV;

O container metálico, onde se encontram instalados os equipamentos de comunicações da subestação, não está aterrado;

A torre de comunicação apresenta pontos de aterramen-to, mas não está interligada à malha de terra da subesta-ção;

Os pontos de verificação da malha de terra da subesta-ção não estão acessíveis;

Algumas medições FFT da indução magnética identifica-ram uma componente de campo a 4Hz superiores ou próximas ao valor da componente fundamental a 60Hz, supostamente decorrente de acoplamentos na instalação que deverão ser investigados futuramente. Vale ressaltar que, como o filtro utilizado nessas medições foi de 5Hz a 2kHz, a magnitude da componente a 4Hz medida encon-tra-se atenuada; isto é, seu valor é ainda maior do que o valor registrado nas medições;

As estruturas de concreto apresentam rupturas e oxida-ção que podem interferir no perfil eletromagnético da instalação, da mesma forma que os campos aos quais as ferragens do concreto estão expostas podem aumentar o desgaste destas.

Os cabos de força e de sinal instalados nas canaletas não estão segregados por função; a grande quantidade de ca-bos e condutores existentes favorece situações de risco do ponto de vista da EMC, pois causam um acoplamento condutivo na vizinhança dos equipamentos eletrônicos sensíveis;

Foi constatado o uso de chaves seccionadoras com aber-tura vertical na instalação, o que aumenta o grau de risco de falhas pela probabilidade de uma maior incidência de descargas na instalação.

A falta de um muro de alvenaria favorece os atos de vandalismo na instalação e a invasão constante de pesso-as não autorizadas e de animais.

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C. O Programa VCEM

O programa VCEM, “Visualizador de Campos Elétricos e

Magnéticos” tem por finalidade de gerar uma saída gráfica para as medições de campos elétricos e de indução magnéti-ca efetuadas com o instrumento EFA-300.

Os dados medidos em campo de acordo com os croquis de medição são transferidos para uma planilha no formato Ex-cel *.xls, compondo um banco de dados que alimenta o pro-grama fonte e gera os gráficos com as características solici-tadas.

As figuras 28 a 32 trazem as planilhas de dados e as telas iniciais com a estrutura básica do VCEM.

Figura 28. Arquivo *.CSV – Formatação original dos dados medidos.

Figura 29. Planilha Padrão – Matriz de Dados – Arquivo *.xls.

Figura 30. Tela inicial do Programa VCEM.

O aplicativo permite alterar a formatação do gráfico pa-drão com relação a cores, sombreamento, linhas de malha, iluminação, brilho, transparência, interpolação e projeções, a depender da escolha do usuário feita na tela principal do programa. O VCEM também gera um relatório com a identi-ficação dos dados da imagem gerada, o que é bastante útil no caso da geração de vários gráficos de um mesmo sistema.

Figura 31. Tela principal do Programa VCEM.

Figura 32. Exemplo de Gráfico Padrão gerado pelo Programa VCEM.

X. RECOMENDAÇÕES DA PESQUISA

Nenhuma proposta de melhoria em sistemas elétricos é válida se não houver um compromisso e um empenho da Empresa na manutenção preventiva e na preservação de suas instalações. Problemas aparentemente insignificantes podem levar a erros e incidentes, facilmente evitáveis, se forem observados requisitos mínimos de operação e de segurança.

A recomendação mais importante dessa pesquisa está re-lacionada à medição de campos eletromagnéticos em subes-tações sob condição de regime permanente. Portanto, reco-menda-se à COELBA realizar o diagnóstico eletromagnético de todas as suas instalações e subestações, utilizando-se dos procedimentos, critérios e métodos propostos no escopo dessa pesquisa.

Além disso, e de acordo com as conclusões anteriores, re-comendou-se a COELBA: Estabelecer um procedimento de manutenção preventiva

focado na fiscalização do estado de conservação de suas instalações, principalmente, de manutenção permanente para as subestações desassistidas, visando assegurar sua operação dentro dos padrões de qualidade da concessio-nária;

Desenvolver filosofia de projeto para as canaletas de forma a viabilizar a segregação dos cabos por função su-gerida na recomendação anterior;

Capacitar a Manutenção da Automação laboratorialmen-te para atender a ocorrências como as analisadas nesse projeto, disponibilizando a suas equipes equipamentos

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como registradores digitais de perturbação, oscilo-pertubógrafos e qualímetros, que fornecem subsídios im-portantes à análise de eventos em qualidade da energia elétrica e em EMC. A disponibilidade desses equipamen-tos permitirá a análise das ocorrências identificadas co-mo danos elétricos e a emissão de laudos técnicos, resul-tando inclusive em uma significativa redução os custos relativos às indenizações pagas pela empresa nesses ca-sos.

Desenvolver pesquisas complementares que possam con-tribuir para a atualização da engenharia de produto em EMC da Empresa, assim como dos órgãos reguladores e normativos no país;

Efetuar a medição da tensão de rádio interferência (reali-zação de testes de RIV) para sistemas elétricos com ten-sões abaixo de 230kV;

Evitar o uso de equipamentos que atuem, por sua geome-tria, como captadores de descargas atmosféricas, como é o caso das chaves seccionadoras verticais instaladas em BRB;

Promover a normalização do aterramento no caso das torres de comunicação instaladas nas subestações;

Investigar a natureza dos acoplamentos eletromagnéticos que geraram as componentes de indução magnética ele-vadas à freqüência de 4Hz identificada durante as medi-ções FFT, principalmente na SE Beribeira;

Verificar a existência de pontos quentes na instalação em decorrência do arranjo de equipamentos e condutores e da natureza dos acoplamentos indutivos que esses arran-jos produzem;

Construir edificações de concreto, muros nos limites da área da subestação, bem como da faixa circunvizinha, em prol da segurança das instalações e da redução do vanda-lismo;

Realizar medições da resistência de aterramento das ma-lhas de terra de suas subestações, verificando sua integri-dade e unicidade;

Rever os critérios de projeto dos sistemas de aterramento existentes, visando promover as melhorias necessárias ao novo perfil das cargas e dos dispositivos eletrônicos sen-síveis instalados;

Promover pesquisas complementares que busquem aten-der às necessidades da Empresa quanto ao desempenho satisfatório de suas instalações, visando aspectos como: Melhoria dos indicadores da qualidade de serviço; Redução das ocorrências de danos elétricos; Definição de novos arranjos que reduzam o risco de

acoplamentos eletromagnéticos mais severos em SEs. Concluída a pesquisa, a equipe composta pelos pesquisa-

dores do Grupo de Pesquisa em EMC Aplicada/UFBA, do LCMag/UFPE e da COELBA considera o projeto que ora se conclui o marco inicial de uma série de investigações envol-vendo o desempenho eletromagnético das instalações do sistema elétrico da COELBA, estando apta, técnica e labora-torialmente capacitada a desenvolver novas pesquisas, que

possam vir a contribuir, de forma ainda mais efetiva, com os projetos e com a operação do sistema elétrico da Empresa.

XI. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a R. Pedreira, da COELBA, a L. R. Soares, G. M. da Fonseca e A. Lopes, da UFPE, e a C. O. Melo, E. Matos e C. M. da Silva, da UFBA, pelas contribui-ções dadas a essa pesquisa durante o seu desenvolvimento.

XII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] C. A. Silveira, "Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Elétri-cos de Potencia: Um Diagnóstico em EMC para Subestações," . Dis-sertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Elétrica, Univer-sidade da Bahia, UFBA, Salvador, Brasil, 1999.

[2] C. A. Silveira, "Uma Contribuição à Analise de Acoplamentos Ele-tromagnéticos em Subestações do Sistema Elétrico," Tese de Douto-rado. Dept. de Engenharia Elétrica e Sistema de Potência, Universi-dade Federal de Pernambuco, UFPE, Recife, Brasil, 2004.

[3] NARDA Safety Test Solutions GmbH, EFA-200/300 EM Field Ana-lyzer BN 2245120, 30, Series A, Operating Manual, Ed. 03/02.01, A, Pfiillingen, Germany, 2002.

[4] C. A. Silveira, G. M. da Fonseca, R. R. B. de Aquino, and L. H. A. de Medeiros, "Analyzing Low Frequency Couplings in Substations un-der Steady-State Conditions - Part II," in Proc. of the 2004 IEEE/PES Transmission & Distribution Conference and Exposition: Latin America (T&D2004), São Paulo, Brasil, Nov. 2004.

[5] C. A. Silveira, G. M. da Fonseca, C.A. da Costa, R. R. B. de Aquino, and L. H. A. de Medeiros, "Measuring Low Frequency Couplings and their Effects in Substations," in Proc. of the 2004 IEEE/PES Trans-mission & Distribution Conference and Exposition: Latin America (T&D2004), Sao Paulo, Brasil, Nov. 2004.

[6] C. A. Silveira, G. M. da Fonseca, R. R. B. de Aquino, and L. H. A. de Medeiros, "Combined Effects of Low Frequency Couplings in Sub-stations," in Proc. of the 6th International Symposium on Electro-magnetic Compatibility (EMC EUROPE 2004), Eindhoven, The Netherlands, Sept. 2004.

[7] C. A. Silveira and L. H. A. de Medeiros, "Electromagnetic Environ-ment in Power Substations," in Proc. of the 5th International Sympo-sium on Electromagnetic Compatibility (EMC EUROPE 2002), vol. 2, pp. 1053-1058, Sorrento, Italy, Sept. 2002.

[8] F. Placidet, "Emission Protection Measurement on Transformer Sta-tions". Available: http://www.narda-sts.com.

[9] IEEE Recommended Practice for Monitoring Electrical Power Qual-

ity, IEEE Std.1 159- 1995, June 1995. [10] Guide on EMC in Power Plants and Substations. CIGRE - Cigré

Working Group 36.04, Paris: CIGRE, 1997. [11] IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive

Electronic Equipment, IEEE Standard 1100- 1992, June 1992. [12] Diretrizes para limitação da exposição a campos elétricos, magnéticos

e eletromagnéticos variáveis no tempo na faixa de freqüências entre 9 kHz e 300 GHz. Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), Resolução 303, Brasil: ANATEL, Julho 2002.

[13] Norma Técnica 02/03. Conselho Estadual de Proteção Ambiental da Bahia (CEPRAM-BA), Salvador, Brasil: CEPRAM-BA, 2003

[14] HYDRO QUEBEC, Electric and Magnetic Fields and Humam Health, 4.ed., Biblioteque Nationale de Quebec, National Library of Canada, June 2000.

[15] IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance,

and Earth Surface Potential of a Ground System, IEEE Standard 81-1983, 1983.

[16] C. A. Silveira, C. A. da Costa, R. da C. e Silva, L. R. Soares, J. C. P. Guimarães, "Electromagnetic Environment Measurement under Steady-State Conditions in Utility Substations," in Proc. of the 2006 IEEE/PES Transmission & Distribution Conference and Exposition: Latin America (T&D2006), Caracas, Venezuela, 2006.