UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ HIGOR LEONARDO … · ABNT – Associação Brasileira de Normas...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
HIGOR LEONARDO DOMINGUES
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE MÉTODOS DE VERIFICAÇÃO DA S
CONEXÕES DE EQUIPAMENTOS À MALHA DE ATERRAMENTO EM
SUBESTAÇÕES ENERGIZADAS
CURITIBA
2011
HIGOR LEONARDO DOMINGUES
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE MÉTODOS DE VERIFICAÇÃO DA S
CONEXÕES DE EQUIPAMENTOS À MALHA DE ATERRAMENTO EM
SUBESTAÇÕES ENERGIZADAS
Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrotécnica na área de Engenharia e Ciência dos Materiais, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. Dr. Edemir Luiz Kowalski Co-orientador: Eng. M.Sc. Henry Leonardo López Salamanca
CURITIBA
2011
III
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelo dom da vida, sabedoria e proteção.
Aos meus pais, pelo amor, perseverança e apoio em todos os momentos da
minha vida.
Ao meus irmãos, pelo exemplo de luta, dedicação e inteligência.
À minha namorada Larissa, pelo companheirismo, cumplicidade, paciência e
amor.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Edemir Luiz Kowalski, pelo empenho, orientação
e dedicação.
Ao meu co-orientador, Eng. M.Sc. Henry Leonardo López Salamanca, pelas
sugestões, dedicação e ajuda na realização e interpretação dos ensaios.
Ao Eng. M.Sc. Diogo Biasuz Dahlke, pelo apoio na realização dos ensaios e
orientações no período de estudos.
À Eng. Rosane Maris Ribas, pela amizade, apoio, paciência e por me ajudar a
ser um profissional com mais qualidade.
Ao LACTEC, pelo apoio na realização dos ensaios e seus colaboradores.
À COPEL, por permitir que eu realizasse este trabalho no período de estágio.
À Universidade Federal do Paraná por oferecer um ensino público e de
qualidade.
IV
SUMÁRIO
SUMÁRIO ................................................................................................................. IV
LISTA DE FIGURAS .................................. ............................................................... VI
LISTA DE TABELAS .................................. ............................................................ VIII
LISTA DE SIGLAS ................................... ................................................................. IX
RESUMO................................................................................................................... XI
ABSTRACT .......................................... .................................................................... XII
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1
2 OBJETIVO .......................................... .................................................................. 4
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................. ................................................... 5
3.1 ATERRAMENTO ELÉTRICO.............................................................................. 5
3.1.1 Aplicações associadas ao aterramento elétrico ................................................ 6
3.2 IMPEDÂNCIA DE ATERRAMENTO ................................................................... 7
3.2.1 Medição da resistência de aterramento ............................................................ 7
3.3 CONDIÇÕES DE RISCO .................................................................................. 10
3.3.1 Choque ........................................................................................................... 11
3.3.2 Potencial de toque .......................................................................................... 11
3.3.2.1 Potencial de toque máximo .......................................................................... 12
3.3.3 Potencial de passo ......................................................................................... 12
3.3.3.1 Potencial de passo máximo .......................................................................... 13
3.3.4 Medição de Potencial de Toque e Passo........................................................ 13
3.3.5 Potencial de transferência .............................................................................. 15
3.4 RESISTIVIDADE DO SOLO ............................................................................. 15
3.4.1 Variação da resistividade do solo ................................................................... 17
3.4.2 Medição da resistividade do solo .................................................................... 18
3.5 A INFLUÊNCIA DA ESTRATIFICAÇÃO ........................................................... 19
3.6 CURVAS EQUIPOTENCIAIS ............................................................................ 20
3.7 EFEITO DA ALTA FREQUÊNCIA NAS MEDIÇÕES ........................................ 21
3.7.1 Análise das frequências .................................................................................. 23
3.7.2 Compensação da componente reativa ........................................................... 25
3.8 VERIFICAÇÃO DAS CONEXÕES À MALHA DE ATERRAMENTO ................. 25
3.8.1 Avaliação das conexões dos equipamentos com a malha de terra de uma
Subestação – Método do alicate terrômetro [6] .............................................. 26
V
3.8.2 Verificação de continuidade entre ligações de equipamentos à malha de
aterramento – Método de pontos equipotenciais ............................................ 27
4 PARTE EXPERIMENTAL ................................ ................................................... 29
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................ 29
4.1.1 Materiais e equipamentos ............................................................................... 29
4.1.2 Metodologia .................................................................................................... 30
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................ .............................................. 31
5.1 ENSAIOS NA SE ARAPOTI.............................................................................. 31
5.2 ENSAIOS NA SE XISTO .................................................................................. 37
5.3 ENSAIOS NA SE FAZENDA RIO GRANDE ..................................................... 46
6 CONCLUSÕES ................................................................................................... 55
7 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS............... ....................... 56
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 57
VI
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Constituição de um aterramento [7]. ............................................................ 5
Figura 2: Componentes de corrente no solo [7]. ......................................................... 7
Figura 3: Exemplo de medição de resistência de aterramento (método de queda de
potencial) [11]. ............................................................................................................. 8
Figura 4: Curva característica teórica da resistência de aterramento de um eletrodo
pontual [11]. ................................................................................................................. 9
Figura 5: Região de interferência entre duas hastes verticais (vista superior) [12]. .... 9
Figura 6: Região com interferência entre duas hastes verticais (vista lateral) [12]. ... 10
Figura 7: Região sem interferência entre os eletrodos (vista superior) [12]. ............. 10
Figura 8: Região sem interferência entre as hastes (vista lateral) [12]. ..................... 10
Figura 9: Potencial de Toque. À esquerda a curva de distribuição de potencial. À
direita o circuito elétrico equivalente [13]. ................................................................. 11
Figura 10: Potencial de Passo. À esquerda a curva de distribuição de potencial. À
direita o circuito elétrico equivalente [13]. ................................................................. 13
Figura 11: Medição do potencial de passo [11]. ........................................................ 14
Figura 12: Medição do potencial de toque [11].......................................................... 14
Figura 13: Variações típicas de resistividade (ρ) do solo [16]. .................................. 17
Figura 14: Penetração da corrente elétrica na profundidade “a” [10]. ....................... 18
Figura 15: Disposição dos eletrodos para o Método de Wenner [16]. ....................... 18
Figura 16: Estratificação do solo em duas camadas [10]. ......................................... 20
Figura 17: Solo estratificado em várias camadas [13]. .............................................. 20
Figura 18: Curvas equipotenciais para Hastes Verticais [12]. ................................... 21
Figura 19: Curvas equipotenciais para cabos enterrados horizontalmente [12]. ....... 21
Figura 20: Característica típica de Curvas Equipotenciais em malha de aterramento
(linhas tracejadas) [12]. ............................................................................................. 21
Figura 21: Esquema simplificado da medição com alta frequência [11] .................... 24
Figura 22: Tensão V2 entre a malha de terra e equipamento com conexão aberta
(C2) [18]. .................................................................................................................... 26
Figura 23: Ensaio com alicate terrômetro em estruturas metálicas multiaterradas [18].
.................................................................................................................................. 27
Figura 24: Procedimento para verificação das ligações de equipamentos à malha de
aterramento [15]. ....................................................................................................... 28
VII
Figura 25: Croqui dos pontos medidos na área da SE Arapoti. ................................. 32
Figura 26: À esquerda condutor de aterramento do portão de acesso. À direita
cantoneiras metálicas de aterramento da malha perimetral. ..................................... 32
Figura 27: À esquerda condutor de aterramento das estruturas dos mastros das
bandeiras. À direita condutor de aterramento do transformador. .............................. 33
Figura 28: Croqui do circuito de corrente nas instalações da SE Arapoti. ................. 34
Figura 29: Desenho da pontos de aterramento da SE Xisto. .................................... 38
Figura 30: À esquerda a caixa de inspeção frente esquerda. À direita caixa de
inspeção frente direita. .............................................................................................. 39
Figura 31: À esquerda ponto 6. À direita pára-raio antena VHF. ............................... 39
Figura 32: Croqui do circuito de corrente nas instalações da SE Xisto. .................... 40
Figura 33: Desenho dos pontos de aterramento da SE Fazenda Rio Grande. ......... 47
Figura 34: À esquerda ponto 12. À direita medição com alicate terrômetro entre os
pontos 1 e 4. .............................................................................................................. 48
Figura 35: À esquerda ponto 10. À direita carcaça ponto 14..................................... 48
Figura 36: Croqui do circuito de corrente nas instalações da SE Fazenda Rio
Grande. ..................................................................................................................... 49
VIII
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Variação da resistividade em função do tipo do solo [16] .......................... 16
Tabela 2: Descrição dos equipamentos utilizados. ................................................... 29
Tabela 3: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE
Arapoti. Método de Pontos Equipotenciais. ............................................................... 34
Tabela 4: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE
Arapoti. Método do Alicate Terrômetro. ..................................................................... 35
Tabela 5: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE
Xisto. Método de Pontos Equipotenciais. .................................................................. 40
Tabela 6: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE
Xisto. Método do Alicate Terrômetro. ........................................................................ 42
Tabela 7: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE
Fazenda Rio Grande. Método de Pontos Equipotenciais. ......................................... 49
Tabela 8: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE
Fazenda Rio Grande. Método do Alicate Terrômetro. ............................................... 51
IX
LISTA DE SIGLAS
PC – Personal Computer
SGM – Smart Ground Multimeter
SE’s – Subestações
SE – Subestação
kV – Unidade de potencial (Quilovolts)
Hz – Unidade de frequência (Hertz)
LACTEC – Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
Ω – Unidade de resistência elétrica (Ohm)
Kg – Unidade de massa (Quilograma)
Rt – Resistência de aterramento
V – Tensão elétrica
I – Corrente elétrica
Vtoque – Potencial de toque
Rch – Resistência do corpo humano
Rc – Resistência de contato
Ich – Corrente de choque pelo corpo humano (corrente limite de Dalziel)
IF – Corrente de falta no sistema
R1, R2 e R3 – Resistências elétricas
ρs – Resistividade superficial do solo
t – Tempo (em segundos)
s – Unidade de tempo (segundos)
kg – Unidade de massa (Quilograma)
Vpasso – Potencial de passo
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR – Denominação de norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas
m – Unidade de distância (metro)
V* – Potencial registrado nos ensaios quando 1 (um) Ampère de corrente é
injetado na malha de aterramento
Imalha – Corrente elétrica de malha
ρ – Resistividade do solo
ºC – Unidade de temperatura (grau Celsius)
R – Resistência medida. Valor indicado no medidor
X
a – Distância entre hastes adjacentes
b – Profundidade de cravação da haste
H – Profundidade das camadas do solo
Zmútua – Impedância mútua entre cabos pára-raios e fase
Zprópria – Impedância própria da malha
ρa – Resistividade aparente
f – Frequência (Hz)
DMG – Distância média geométrica
RMG – Raio médio geométrico
XL – Reatância indutiva
XC – Reatância capacitiva
ω – Frequência angular
C1 e C2 – Capacitores
PR – Paraná
AT – Alta Tensão
P&D – Pesquisa e Desenvolvimento
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
TR1 e TR2 – Transformadores
Ec – Eletrodo de corrente
Ep – Eletrodo de potencial
VHF – Antena de comunicação
XI
RESUMO
Atualmente, as avaliações de malha de aterramento são realizadas na maioria das vezes no comissionamento da malha original, por estar o sistema desenergizado. No caso de subestações já energizadas, é obrigatório que o sistema malha de terra e linhas de distribuição e transmissão estejam desenergizados, para que as medições tenham resultado satisfatório e também por motivo de segurança. Concessionárias de energia elétrica necessitam periodicamente de avaliação e manutenção de malhas de aterramento, pois estas envelhecem com o tempo causando corrosão ou até mesmo a desconexão de pontos que deveriam estar devidamente aterrados. Somente a verificação do valor da resistência de aterramento não é suficiente para analisar a qualidade e a eficiência de um sistema de aterramento em uma subestação, por isso a necessidade de avaliar também o estado dos cabos de malha e dos pontos de conexão dos equipamentos com técnicas que permitam a verificação, em subestações energizadas, de pontos da malha onde podem estar sofrendo corrosão ou desconexão. Dois métodos foram aplicados e comparados: verificação de conexões à malha de aterramento com alicate terrômetro (método do alicate terrômetro); e verificação dos níveis de equipotencialização da malha e continuidade dos cabos de descida de cada equipamento instalado em uma subestação (método de pontos equipotenciais). A verificação de sistemas de aterramento em instalações energizadas, utilizando injeção de corrente em alta frequência, é uma técnica recente, por isso é necessária a sua validação para diferentes condições e tipos de instalação. Os resultados obtidos gerarão subsídios que permitirão o aprimoramento da técnica de alta frequência, cuja vantagem será efetuar medições em sistemas de aterramento de subestações e com todos os acoplamentos de aterramento e proteção contra descargas atmosféricas devidamente conectados. Palavras-chave: Aterramentos. Pontos de conexão. Medições. Subestação. Alta frequência.
XII
ABSTRACT
Currently, evaluations of grounding grid are performed mostly in the commissioning of the original mesh, because the system is powered down. In the case of substations already energized, is obligatory that the earth grid system and distribution and transmission lines are de-energized, so that the measurements have satisfactory results and also for security reasons. Electric utilities need periodic evaluation and maintenance of ground grids, as they age with time, causing corrosion or even disconnection of points that should be properly grounded. Only checking the value of grounding resistance is not sufficient to analyze the quality and efficiency of an earthing system in a substation, so the need to also evaluate the status of the mesh wires and connection points of the equipment with techniques that allow verification in energized substations, where the mesh points may be suffering from corrosion or disconnection. Two methods were applied and compared: the verification of connections to the grounding grid with Clamp, and check the levels of mesh equipotencialization and continuity of descent wires of each equipment installed in a substation. Verification of grounding systems at installations energized, using current injection in high frequency, is a recent technique, so it is necessary to validate it for different conditions and types of installation. The results will generate subsidies that enable the improvement of high-frequency technique, whose advantage will be to make measurements in substation grounding systems and with all the couplings and ground lightning protection properly connected. Key words: Grounding. Connection points. Measurements. Substation. High frequency.
1
1 INTRODUÇÃO
As concessionárias de energia buscam a cada dia aprimorar e desenvolver
técnicas de manutenção preventiva e corretiva em suas linhas de transmissão e
distribuição, que permitam a intervenção no sistema sem necessidade de
desligamento do mesmo. Entre estas técnicas, pode-se citar a manutenção com
redes energizadas pelo método de contato ou ao potencial, inspeção
instrumentalizada de redes de distribuição, transmissão e subestações,
acompanhamento on-line de transformadores de potência, medição de sistemas de
aterramento em instalações energizadas, entre outros.
As subestações dentro do sistema elétrico possuem papel estratégico, pois
são responsáveis por fazer a ligação entre as linhas de transmissão e as redes de
distribuição que levam a energia a grande parte dos consumidores. Entre os vários
elementos que compõem uma subestação destaca-se o sistema de aterramento.
É extremamente importante a existência de um sistema de aterramento bem
projetado em uma subestação, por ser um sistema elétrico de grande porte e de alta
potência. O aterramento deve principalmente possuir baixa resistência de
aterramento e alta capacidade de condução de corrente, conseguir um valor de
resistência de aterramento invariável com as condições climáticas independente do
material utilizado, e principalmente, proporcionar segurança ao pessoal e proteção
aos equipamentos mantendo os níveis de potenciais dentro dos limites adequados,
ou seja, limites de tensão e corrente que não causem danos aos equipamentos,
choque elétrico e também fibrilação do coração.
Em função de sua importância estratégica, com relação aos aspectos
operacionais do sistema e com relação à segurança, a verificação periódica do
sistema de aterramento em subestações é necessária, pois no decorrer do tempo as
malhas de terra podem sofrer corrosão, desconexão de soldas, ou até mesmo roubo
dos cabos de aterramento. O grande problema encontrado é a realização desta
verificação com a subestação energizada. Por esta importância observa-se que
algumas empresas já buscaram desenvolver estas técnicas de medições com a
subestação energizada. Entre estas técnicas pode-se citar:
• “A new method and Instrument for touch and step voltage measurements”
e “A personal computer (PC) based ground impedance measurement
instrument” – instrumento chamado de “Smart Ground Multimeter– SGM”
2
capaz de medir a impedância de terra de um sistema de aterramento
com o sistema energizado, utilizando o método de queda de potencial.
[1,2]
• “Medição da resistência de malhas de terra energizadas em subestações
(SE’s) 34,5/13,8 kV e obtenção da resistividade de solos de SE’s, em
laboratório” – corrente injetada na malha de terra pelo próprio sistema,
medindo a tensão da malha com relação a um eletrodo remoto de
potencial, dispensando assim uma fonte de corrente e reduzindo o tempo
de execução da medição. [3]
• “Avaliação de malhas de terra em subestações energizadas através de
medições seletivas em frequência diferente de 60 Hz” – injeta uma
corrente de frequência próxima de 60 Hz na malha. [4]
• “Protótipo de medição de malha de terra em subestações energizadas” –
método que emprega fonte de corrente adaptada para frequências de
270 Hz, 1,47 kHz e 25 kHz. [5]
Estas novas técnicas devem ser melhor avaliadas com o objetivo de validá-las
como técnicas de verificação periódica do sistema de aterramento, identificando
possíveis processos de corrosão ou até mesmo a desconexão de soldas. A
verificação de conexões à malha de aterramento com alicate terrômetro, dos níveis
de equipotencialização da malha e da continuidade dos cabos de descida pode
auxiliar neste processo.
Para a realização destas medidas já se encontram disponíveis
comercialmente equipamentos, tais como o Megabras TM-25m, que é um
equipamento desenvolvido pela empresa Megabras e opera numa frequência de 25
kHz, alicate terrômetro Minipa ET-4300 CLAMP-ON utilizado para verificar as
conexões de descida dos equipamentos para a malha de terra e o protótipo
desenvolvido pela Fundação Paulista de Tecnologia e Educação, citado no artigo
“Protótipo de medição de malha de terra em subestações energizadas” [5].
Apesar de já existirem equipamentos para medição da malha de terra, os
métodos de avaliação de sistemas de aterramento em instalações energizadas
ainda não confirmam sua eficiência completa por algumas limitações, como as
interferências eletromagnéticas, o Efeito Skin que é o caminho percorrido pela
corrente elétrica na superfície dos condutores com o aumento da frequência, a
necessidade de compensar reativos com capacitores instalados nos equipamentos,
3
o acoplamento mútuo entre os cabos de medição e regiões urbanas com difícil
acesso para lançamento de cabos. Estas limitações mostram a importância de
estudos comparativos entre as técnicas e equipamentos a fim de se possibilitar o
aprimoramento das técnicas.
Uma das técnicas que tem demonstrado potencial de aplicação é a
verificação de sistemas de aterramento em instalações energizadas utilizando
injeção de corrente em alta frequência. Por se tratar de técnica recente, tem-se
observado a necessidade de sua validação para diferentes condições e tipos de
instalação.
4
2 OBJETIVO
O objetivo principal deste trabalho é fazer o comparativo entre dois critérios
de verificação das descidas dos equipamentos à malha de aterramento de uma
subestação, avaliando quais as melhores e piores situações, pontos com problemas
nos cabos de malha e de descida, diferenças de potenciais de todos os pontos de
uma subestação, utilizando equipamentos de alta frequência para medição em
instalações energizadas.
Para atingir este objetivo foram realizadas algumas medições de avaliação de
sistemas de aterramento em subestações energizadas com base nos critérios
seguintes:
• Verificação de conexões à malha de aterramento. Resultados obtidos com
Alicate Terrômetro Minipa ET-4300 (método já desenvolvido pelo Instituto
de Tecnologia para o Desenvolvimento (LACTEC) -“Técnicas de
Avaliação do Aterramento de Equipamentos em SE’s de Distribuição
Energizadas” [6];
• Verificação de continuidade entre ligações de equipamentos à malha de
aterramento e verificação de pontos equipotenciais. Comparação de
resultados entre equipamento protótipo STM-02 (equipamento
desenvolvido pela Alstech) e equipamento terrômetro da Megabras TM-
25m.
5
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 ATERRAMENTO ELÉTRICO
Aterramento é uma ligação intencional de parte eletricamente condutiva
(sistema físico elétrico, eletrônico ou corpos metálicos) ao solo, através de um
condutor elétrico [7; 8]. O valor da resistência de aterramento representa a eficácia
desta ligação, ou seja, quanto menor a resistência, melhor o aterramento [9].
Usualmente os valores adotados pelas concessionárias para resistência de malha
de terra são de 1 Ω para subestações (SE’s) de Transmissão, e de 1 Ω a 5 Ω para
SE’s de Distribuição. Esses valores de resistência não são adotados como padrão
entre as concessionárias e não devem ser um critério isolado, pois as condições de
segurança dependem também de outros fatores como resistividade do solo e
potências de curto-circuito no ponto da subestação, ou seja, os potenciais de passo
e toque devem ser considerados. Os componentes que envolvem os sistemas de
aterramento, vistos na Figura 1, são basicamente constituídos por [7]:
• Conexões elétricas que ligam um ponto do sistema aos eletrodos;
• Eletrodos de aterramento (qualquer corpo metálico colocado no solo);
• Solo que envolve os eletrodos.
Figura 1: Constituição de um aterramento [7].
A principal função de um aterramento está sempre associada à proteção de
pessoal ou de equipamentos [9]. Com base nisso é possível destacar os principais
objetivos do aterramento em uma subestação [10]:
• Obter uma resistência de aterramento a mais baixa possível, para
correntes de falta à terra;
6
• Manter os potenciais produzidos pelas correntes de falta dentro de limites
de segurança de modo a não causar fibrilação do corpo humano;
• Fazer que equipamentos de proteção sejam mais sensibilizados e isolem
rapidamente as faltas à terra;
• Prover um caminho para as correntes na terra em condições normais de
operação e de falta, sem ultrapassar os limites que afetem a continuidade
do serviço;
• Escoar as cargas estáticas geradas nas carcaças dos equipamentos.
Hastes dispostas verticalmente são mais comumente utilizadas,
principalmente quando as camadas mais profundas do solo têm menor resistividade
elétrica e também pela praticidade e facilidade na cravação [7]. Outras disposições
geométricas dos eletrodos de aterramento também são utilizadas, mas a forma
depende de suas aplicações, como por exemplo, eletrodo horizontal, esfera
colocada a uma certa profundidade, disco horizontal ao nível do solo, hastes em
paralelo, etc.
3.1.1 Aplicações associadas ao aterramento elétrico
As principais aplicações associadas aos aterramentos elétricos são [7,9]:
• Permitir o escoamento de cargas ou correntes de descarga, por ser a
ligação à terra um fator de segurança, impedindo assim energização de
partes metálicas expostas ao contato de pessoas e animais e impedindo
o carregamento de cargas estáticas que possam originar faíscas ou
irradiação eletromagnética;
• Limitar os níveis de potenciais ou a distribuição destes a patamares
seguros, por meio de práticas adequadas de aterramento;
• Usar a terra como um condutor de retorno;
• Aterrar certos pontos de um sistema, para influenciar no desempenho de
equipamentos de proteção eletroeletrônicos; e agir na proteção galvânica
de partes metálicas enterradas no solo.
7
3.2 IMPEDÂNCIA DE ATERRAMENTO
Um conceito importante para avaliar a natureza dos aterramentos é chamado
de “Impedância de Aterramento”. A impedância é a maneira pela qual o sistema
enxerga o aterramento, ou seja, é a oposição oferecida pelo solo à injeção de
corrente elétrica no mesmo, através dos eletrodos. Uma conexão à terra apresenta
resistência, capacitância e indutância. A Figura 2 mostra um circuito elétrico
representando um sistema de terra simples.
Figura 2: Componentes de corrente no solo [7].
Em muitas aplicações, não se refere à impedância de aterramento, mas à sua
resistência. Isto se deve ao fato de que, nas condições dessas aplicações, os efeitos
reativos são muito reduzidos. Essas condições são usuais para fenômenos lentos,
cujas frequências representativas têm valor reduzido. A configuração resultante para
o circuito equivalente se aproxima de um conjunto de condutâncias colocadas em
paralelo. Esse é o caso de ocorrências próximas às condições de regime em
sistemas de potência, como curtos-circuitos. O valor da resistência de aterramento
pode ser quantificado pela relação entre a tensão aplicada a um aterramento e a
corrente resultante, como mostrado na Equação 1 (neste caso, entende-se por
tensão o potencial adquirido pelo aterramento referido ao infinito) [7].
I
VRt = (1)
3.2.1 Medição da resistência de aterramento
A injeção de corrente no solo faz com que ela se dissipe em várias direções,
conforme a característica da distribuição de resistência do solo. Para medir a
8
resistência de terra, é necessário dispor sempre, basicamente, de um ponto na terra
onde se "injeta" corrente (terra que deseja ser medido) e um ponto onde se "retira" a
corrente injetada (terra auxiliar).
Assim, pela Lei de Ohm, a corrente injetada circulará pela terra e provocará
em sua superfície uma tensão, resultante do produto da resistência de terra até o
ponto a ser medido pela corrente injetada. A medição da resistência de terra de um
eletrodo pode ser feita então, utilizando-se um amperímetro e um voltímetro ou,
diretamente através do terrômetro, como mostra a Figura 3.
Figura 3: Exemplo de medição de resistência de ater ramento (método de queda de potencial)
[11].
A localização do eletrodo de tensão com relação ao terra auxiliar é muito
importante na determinação do valor real da resistência a ser medida. A resistência
real do aterramento, para solos homogêneos, se dá quando o eletrodo de potencial,
colocado aproximadamente a 62% da distância entre o centro elétrico da malha e o
eletrodo de corrente e alinhado com este, está na região do patamar. Este eletrodo
tem sua localização gradativamente variada ao longo dessa direção, efetuando-se
uma medição para cada posição, de forma a gerar uma curva semelhante a da
Figura 4, da qual se obtém o valor da resistência do aterramento [7,10].
9
Figura 4: Curva característica teórica da resistênc ia de aterramento de um eletrodo pontual [11].
Para análise correta da eficiência e segurança do sistema de aterramento,
deve-se levantar a curva de resistência de aterramento pela distância. Na
proximidade do terra a ser medido, o afastamento do eletrodo móvel deverá ser
pequeno, pois é nesta região que se nota gradiente máximo da resistência e, logo
após, poderá ser aumentado o espaçamento, pois a curva tende a se estabilizar.
Caso não tenha se estabilizado, isso significa que o espaçamento entre os terras (o
medido e o auxiliar) não é suficiente, e um terra está interferindo no outro (as regiões
de influência estão se superpondo), este é o principal método de medição de
resistência de aterramento, chamado Método da Queda de Potencial [11]. Neste
caso, deve-se distanciar o terra auxiliar até conseguir estabilização da curva de
resistência, da Figura 5 à Figura 8 é mostrada a forma como ocorre interferência
entre eletrodos.
Figura 5: Região de interferência entre duas hastes verticais (vista superior) [12].
R: Resistência obtida variando a distância da sonda desde a distância d = D até d = 0 (o eletrodo a medir)
RV: Valor verdadeiro do aterramento
10
Figura 6: Região com interferência entre duas haste s verticais (vista lateral) [12].
Figura 7: Região sem interferência entre os eletrod os (vista superior) [12].
Figura 8: Região sem interferência entre as hastes (vista lateral) [12].
3.3 CONDIÇÕES DE RISCO
A norma que estabelece as condições mínimas exigíveis para garantir a
segurança dos empregados que trabalham em instalações elétricas no Brasil é a
NR-10. Ela inclui elaboração de projetos, execução, operação, manutenção, reforma
e ampliação, em quaisquer das fases de geração, transmissão, distribuição e
consumo de energia elétrica. Esta norma exige também que sejam observadas as
normas técnicas oficiais vigentes e, na falta destas, as normas técnicas
internacionais.
11
3.3.1 Choque
A perturbação no organismo causada pela passagem de corrente elétrica é
chamada de choque elétrico. Os efeitos dessas perturbações variam e dependem do
percurso da corrente elétrica pelo corpo, da intensidade e espécie da corrente, do
tempo de duração, da frequência da corrente elétrica, da tensão elétrica, estado de
umidade da pele e das condições orgânicas do indivíduo [10].
As perturbações no indivíduo podem ser paradas respiratórias, fibrilação
ventricular e consequente parada cardíaca, queimaduras profundas produzindo
necrose do tecido e morte.
3.3.2 Potencial de toque
É a diferença de potencial que aparece entre um ponto de uma estrutura
metálica situado ao alcance da mão de uma pessoa e um ponto no chão situado a
um metro de distância da base da estrutura considerada devido à passagem de
corrente de falta pela terra, conforme mostra a Figura 9.
Figura 9: Potencial de Toque. À esquerda a curva de distribuição de potencial. À direita o
circuito elétrico equivalente [13].
A Equação 2 e a Equação 3 representam o potencial de toque.
chc
chtoque IR
RV
+=2
(2)
12
Onde:
• Rch = resistência do corpo humano, considerada como 1000 Ω
• Rc = resistência de contato que pode ser considerada 3 vezes a
resistividade superficial do solo (ρs)
• Ich = corrente de choque pelo corpo humano, também chamada de
corrente limite de Dalziel [14] – t
Ich116,0= (para corpo com peso de 50
Kg), com sts 303,0 ≤≤ , sendo t = tempo de duração do choque, e s =
segundos.
• IF = corrente de falta no sistema
• R1 e R2 são as resistências dos trechos de terra considerados.
( ) chstoque IV ρ5,11000+= (3)
3.3.2.1 Potencial de toque máximo
Pela corrente limite de Dalziel, o potencial de toque máximo permissível entre
a mão e o pé, para não causar fibrilação ventricular, é:
( )t
V smáximotoque116,0
5,11000 ρ+=⋅
(para corpo com peso de 50 Kg)
3.3.3 Potencial de passo
É a diferença de potencial que aparece entre dois pontos situados no chão,
distanciados de um metro, devido à passagem de corrente de falta pela terra,
conforme mostra a Figura 10.
13
Figura 10: Potencial de Passo. À esquerda a curva d e distribuição de potencial. À direita o
circuito elétrico equivalente [13].
A Equação 4 e a Equação 5 representam o potencial de passo.
( ) chcchpasso IRRV 2+= (4)
Fazendo Rc = 3ρs, tem-se:
( ) chspasso IV ρ61000+= (5)
3.3.3.1 Potencial de passo máximo
Novamente pela corrente limite de Dalziel, o potencial de passo máximo
permissível pelo corpo humano, para não causar fibrilação ventricular, é:
( )t
V smáximopasso116,0
61000. ρ+= (para corpo com peso de 50 Kg)
3.3.4 Medição de Potencial de Toque e Passo
Segundo a norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT),
NBR 15749 [11], a medição dos valores das tensões de passo e toque é realizada
usando o método de queda de potencial, de forma semelhante à medição da
resistência da rede geral de terra, exceto pelo fato do eletrodo de potencial estar
localizado dentro da malha de aterramento e o seu deslocamento ser de metro em
metro.
14
São levantados perfis de tensão de passo e toque próximos a equipamentos
que são normalmente manuseados por operários dentro da subestação. A tensão de
passo é calculada como a diferença de potencial entre duas placas ou hastes
metálicas em contato com o solo e separadas por uma distância de 1 metro (m). A
tensão de toque é medida entre a parte metálica do equipamento ligado à malha de
aterramento e a placa ou haste alocada a 1 m de distância do equipamento sob
teste. A Figura 11 e a Figura 12 mostram o procedimento para medições de
potencial de passo e toque.
Figura 11: Medição do potencial de passo [11].
Figura 12: Medição do potencial de toque [11].
15
O valor real de tensão de toque e passo ao qual está sujeito o pessoal técnico
no momento de uma falta é calculado como o produto entre a tensão registrada no
ensaio V* e o valor de corrente de malha (IMalha) correspondente à parcela de
corrente de falta dissipada pela malha de aterramento para o solo, informação do
projeto de aterramento. O cálculo é feito conforme a Equação 6 e Equação 7:
( ) malhatoque IVV *1= (6)
( ) malhapasso IVVV *1
*2 −= (7)
Onde (Vx*) corresponde à tensão quando 1 (um) Ampère de corrente é
injetado na malha de aterramento.
3.3.5 Potencial de transferência
É a diferença de potencial entre um ponto do sistema de aterramento e um
ponto remoto, devido à passagem de correntes de falta pela terra, localizado a uma
distância suficientemente afastada da zona de influência desse sistema [8].
3.4 RESISTIVIDADE DO SOLO
Resistividade elétrica do solo, resistência específica do solo ou,
simplesmente, resistividade do solo é a resistência entre faces opostas do volume
do solo, consistindo de um cubo homogêneo e isótropo cuja aresta mede uma
unidade de comprimento [16].
No projeto de um sistema de aterramento, é de fundamental importância, o
conhecimento prévio do valor da resistividade do solo, onde será construído o
mesmo. A corrente elétrica pode fluir pelo solo, essa dissipação ocorre porque o solo
também é considerado um condutor, de acordo com a sua resistividade.
Os solos que apresentam mais baixa resistividade são os que contêm
resíduos vegetais, turfosos, em locais pantanosos, nas profundezas dos vales e nas
margens de rios. Os solos que apresentam os mais altos valores de resistividade
são os arenosos, os rochosos, em locais altos e desprovidos de vegetação, nos
desertos, etc.
16
Vários fatores influenciam na resistividade do solo. Entre eles, podem-se
ressaltar:
• Tipos de solo;
• Mistura de diversos tipos de solo;
• Solos com camadas estratificadas com profundidades e materiais
diferentes;
• Teor de umidade;
• Temperatura;
• Compactação e pressão;
• Composição química dos sais dissolvidos na água retida;
• Concentração dos sais dissolvidos na água retida.
As diversas combinações acima resultam em solos com características
diferentes e, consequentemente, com valores de resistividade distintos. Assim, solos
aparentemente iguais têm resistividades diferentes.
Para ilustrar, a Tabela 1 mostra a variação da resistividade para solos de
naturezas distintas.
Tabela 1: Variação da resistividade em função do ti po do solo [16]
Tipos de solo Faixa de resistividades ( Ω·m)
Água do mar menor do que 10
Alagadiço, limo, húmus, lama até 150
Água destilada 300
Argila 300 – 5.000
Calcário 500 – 5.000
Areia 1.000 – 8.000
Granito 1.500 – 10.000
Basalto a partir de 10.000
Concreto
Molhado: 20 – 100
Úmido: 300 – 1000
Seco: 3 kΩ·m – 2 MΩ·m
17
O solo é um elemento totalmente heterogêneo, de modo que seu valor de
resistividade varia de uma direção a outra, conforme o material de que é composto,
segundo a profundidade de suas camadas e idade de sua formação geológica.
Uma propriedade importante da terra é a capacidade de retenção de
umidade, influenciada por sua vez, pela porosidade do terreno; esta capacidade
permite que, durante a passagem de altas correntes, o aquecimento resultante não
provoque uma evaporação tão rápida, não perdendo assim a terra, sua propriedade
principal que é a de dispersora de correntes, sem elevar os potenciais além dos
permissíveis.
3.4.1 Variação da resistividade do solo
Na Figura 13, pode-se notar a variação da resistividade do solo com a
umidade, salinidade e temperatura.
5000
1000
500
100
50
ρ ρ ρ ρ (ΩΩΩΩm)
5000
1000
500
100
50
–25 –20 –15 –10 – 5 0 5 10 15 20 25 temperatura (°C)
5000
1000
500
100
50
5000
1000
500
100
50
ρ ρ ρ ρ (ΩΩΩΩm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Salinidade (%) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Umidade (%)
ρ ρ ρ ρ (ΩΩΩΩm)
Figura 13: Variações típicas de resistividade ( ρ) do solo [16].
Pelas imagens, é fácil notar que a resistividade decresce com o aumento da
umidade, com a dissolução de sais e com o aumento da temperatura (<100ºC).
18
3.4.2 Medição da resistividade do solo
O principal método de medição da resistividade do solo que usa 4 pontos
alinhados, igualmente espaçados, cravados a uma mesma profundidade, é
conhecido como: Método de Wenner ou Dos Quatro Pontos. O método considera
que grande parte da distribuição de corrente que passa entre as hastes externas
ocorre a uma profundidade igual ao espaçamento entre as hastes, ver Figura 14.
Figura 14: Penetração da corrente elétrica na profu ndidade “a” [10].
A corrente atinge uma profundidade maior, com uma correspondente área de
dispersão grande, tendo, em consequência, um efeito que pode ser desconsiderado.
Portanto, para efeito do Método de Wenner, considera-se que o valor da resistência
elétrica lida no aparelho é relativa a uma profundidade “a” do solo. Deve-se montar o
circuito da Figura 15:
Figura 15: Disposição dos eletrodos para o Método de Wenner [16].
Uma corrente elétrica I é injetada no ponto 1 pela primeira haste e coletada no
ponto 4 pela última haste. Esta corrente, passando pelo solo entre os pontos 1 e 4,
produz potencial nos pontos 2 e 3. Assim, o aparelho processa internamente e indica
na leitura, o valor da resistência elétrica. Com o valor da resistência, calcula-se o
19
valor da resistividade do solo (ρ). Os espaçamentos recomendados para facilitar o
cálculo pelo método de estratificação do solo são: a = 2, 4, 8, 16 e 32 metros.
O valor de resistividade é dado pela Equação 8.
2222 4
21
4
ba
a
ba
aaR
+−
++
= πρ (8)
Onde:
• R: Resistência medida em Ω. Valor indicado no medidor.
• a: Distância entre eletrodos adjacentes em m
• b: Profundidade de cravação em m
• ρ: resistividade em Ω.m
• Quando 10
ab ≤ é usada a equação simplificada (Equação 9).
aRπρ 2= (9)
O método de Wenner considera o solo homogêneo. O valor de resistividade
obtido com um determinado espaçamento entre eletrodos é o valor referido à
profundidade, igual a esse espaçamento.
3.5 A INFLUÊNCIA DA ESTRATIFICAÇÃO
Os solos, na sua grande maioria, não são homogêneos, mas formados por
diversas camadas de resistividade e profundidade diferentes. Essas camadas,
devido à formação geológica, são em geral horizontais e paralelas à superfície do
solo [10].
Existem casos em que as camadas se apresentam inclinadas e até verticais,
devido a alguma falha geológica. Entretanto, os estudos apresentados para
pesquisa do perfil do solo as consideram aproximadamente horizontais, uma vez
que outros casos são menos típicos, principalmente no exato local da instalação da
subestação. Como resultado da variação da resistividade das camadas do solo, tem-
se a variação da dispersão de corrente, como mostra a Figura 16.
20
Figura 16: Estratificação do solo em duas camadas [ 10].
As linhas pontilhadas são superfícies equipotenciais. As linhas cheias são as
correntes elétricas fluindo no solo.
Para efeito de projeto, o solo é estratificado em camadas horizontais,
conforme Figura 17:
Figura 17: Solo estratificado em várias camadas [13 ].
3.6 CURVAS EQUIPOTENCIAIS
É o lugar geométrico, no solo, com relação ao sistema de aterramento, no
qual se verificam mesmos potenciais, como é mostrado da Figura 18 à Figura 20.
21
Figura 18: Curvas equipotenciais para Hastes Vertic ais [12].
Figura 19: Curvas equipotenciais para cabos enterra dos horizontalmente [12].
Figura 20: Característica típica de Curvas Equipote nciais em malha de aterramento (linhas
tracejadas) [12].
3.7 EFEITO DA ALTA FREQUÊNCIA NAS MEDIÇÕES
A realização de medições com corrente em alta frequência se deve ao fato de
permitir uma melhor avaliação do aterramento em condições próximas às condições
de surto, como por exemplo, descargas atmosféricas ou chaveamento.
O instrumento deve operar numa frequência tal que a impedância indutiva
do(s) cabo(s) pára-raios de uma ou mais linhas de transmissão acopladas à
subestação, num vão de comprimento normal, seja razoavelmente alta, a ponto de
se reduzir o efeito dos aterramentos adjacentes ao que se está medindo [5].
O instrumento também deve ser capaz de afastar as interferências de
harmônicas. Na sequência a seguir é dado exemplo de cálculo das impedâncias
próprias e mútuas dos cabos pára-raios, comparando as frequências de 60 Hz e 25
kHz, a partir da formulação de Carson [17]. O valor de resistividade aparente é
22
ρa=100 Ω.m, e o cabo pára-raio de 3/8 de aço. Re é um valor padrão. Os valores ρa,
Re são valores que para uma ou outra frequência permanecem constantes. Os
resultados a seguir foram extraídos do documento “Medição de Malha de Terra em
subestações energizadas” [13].
a) Para frequência de 60 Hz:
• Cálculo da Zmútua entre cabo pára-raios e fase:
×××+=
fDMGLnjwRZ a
emútua
ρ6590002,0 (Ω/Km) (10)
446,0060,0 jZmútua += ou
34,82.450,0 j
mútua eZ =
• Cálculo da Zprópria da malha formada pelo cabo pára-raios e retorno
pelo solo:
×××++=
fCLnjwR
RZ a
ecaboPRprópria
própria
ρ6590002,0
2.
(Ω/Km) (11)
770,0772,1 jZ própria += ou
49,23.932,1 j
própria eZ =
Sendo raiospáracabosentreDistterracabodoRMGC −×= ...)...( = 0,086718 e
DMG a distância média geométrica e RMG o raio médio geométrico.
b) Para frequência de 25 kHz:
• Cálculo da Zmútua entre cabo pára-raios e fase:
×××+=
fDMGLnjwRZ a
emútua
ρ6590002,0 (Ω/Km) (12)
020,91060,0 jZmútua += ou
96,89.020,91 j
mútua eZ =
23
• Cálculo da Zprópria da malha formada pelo cabo pára-raios e retorno
pelo solo:
×××++=
fCLnjwR
RZ a
ecaboPRprópria
própria
ρ6590002,0
2.
(Ω/Km) (13)
060,226772,1 jZ própria += ou
55,89.067,226 j
própria eZ =
Sendo raiospáracabosentreDistterracabodoRMGC −×= ...)...( = 0,086718 e
DMG a distância média geométrica e RMG o raio médio geométrico.
3.7.1 Análise das frequências
Observa-se que para estes exemplos, a) e b), a impedância mútua aumenta
cerca de 200 vezes enquanto que a impedância própria aumenta cerca de 100
vezes, passando o ângulo para próximo de 90°. Em su bestações com entradas e
saídas de linhas de transmissão dotadas de cabos pára-raios ligados à malha de
terra, estima-se, que um equipamento com tal frequência meça somente a
resistência da malha de terra em estudo. Dessa forma, o valor obtido tende a ser
mais real do que aquele fornecido por equipamentos convencionais de baixa
freqüência, para os quais não se desacoplam os cabos pára-raios das instalações.
Dessa forma, os parâmetros (Resistência + Reatância) dos cabos pára-raios
tendem a infinito, ou seja, passam a ser excluídos da medição em alta freqüência
[13].
Os parâmetros que compõem a medição de alta frequência são os mostrados
no diagrama da Figura 21:
24
Figura 21: Esquema simplificado da medição com alta frequência [11]
Neste esquema é possível identificar os parâmetros envolvidos na medição,
sendo que:
• n1 LL K representam a parte indutiva da impedância do circuito formada
pelas torres (cabos pára-raios das linhas de transmissão);
• n1 RR K representam uma parte da resistência do circuito (cabos pára-raios
das linhas de transmissão);
• n1 RatRat K representam as resistências dos aterramentos de cada torre
das linhas de transmissão;
• mL representa a parte indutiva da impedância da malha de aterramento
sob ensaio;
• mR representa a parte resistiva da impedância da malha de aterramento
sob ensaio;
• cLE representa a parte indutiva da impedância do eletrodo de corrente;
• cRE representa a parte resistiva da impedância do eletrodo de corrente;
• cRatE representa a resistência de aterramento do eletrodo de corrente;
• pLE representa a parte indutiva da impedância do eletrodo de potencial;
• pRE representa a parte resistiva da impedância do eletrodo de potencial;
• pRatE representa a resistência de aterramento do eletrodo de potencial;
25
• C1, C2, C3 representam o banco de capacitores que pode ser utilizado
para compensar a parte reativa do circuito.
3.7.2 Compensação da componente reativa
O instrumento deve possuir um módulo que permita a introdução de
capacitâncias com a finalidade de efetuar a compensação dos reativos presentes na
medição. Os capacitores devem ser utilizados de tal forma que a reatância
capacitiva seja igual à reatância indutiva, como mostra a Equação 14 e Equação 15:
CL XX = (14)
CL w
w1= (15)
Onde:
• XL é a reatância indutiva
• XC é a reatância capacitiva
• ω = 2.π.f, sendo f = 25 kHz
No caso em que uma subestação tenha linhas de transmissão chegando ou
partindo, com seus cabos pára-raios ligados à malha de terra, o instrumento com
alta frequência deve medir somente a resistência da malha de terra.
3.8 VERIFICAÇÃO DAS CONEXÕES À MALHA DE ATERRAMENTO
As falhas em conexões, sejam elas corrosão, roubo de cabo de cobre, solda
mal feita ou desconexão, podem causar potenciais elevados por acoplamento
capacitivo com o barramento energizado em regime.
O surgimento de uma reatância capacitiva na conexão enterrada representa
um caminho muito mais fácil que a resistência das isolações. Em equipamentos
energizados são verificadas correntes capacitivas entre poucos mA (miliampères) e
dezenas de mA, por isso, dependendo da condição e do ponto da interrupção, pode
haver risco fatal. A Figura 22 mostra o circuito equivalente para baixa frequência
formado entre o lado de alta tensão (AT) do equipamento energizado com sua
26
ligação de aterramento aberta, e a malha de terra. As conexões abertas estão
representadas pelos capacitores C1 e C2.
AT BT
C1
C2
V1
V2
Carcaça
R2
R1
Malha de terra
Figura 22: Tensão V 2 entre a malha de terra e equipamento com conexão a berta (C 2) [18].
3.8.1 Avaliação das conexões dos equipamentos com a malha de terra de uma
Subestação – Método do alicate terrômetro [6]
O método convencional para inspeção e medição da resistência das
conexões enterradas precisa da abertura de valetas, ou então é utilizado um
multímetro convencional para simples verificação quando a subestação está
desenergizada.
Este método permite uma avaliação correta da condição de falha ou não do
aterramento de equipamentos da Subestação, embora não indique com precisão o
grau de corrosão de uma conexão que ainda esteja com boa continuidade. A
principal vantagem é a obtenção rápida do estado das conexões enterradas de
equipamentos, duas a duas, para fins de comissionamento ou manutenção,
dispensando ajustes iniciais para cada leitura.
O alicate terrômetro opera aplicando corrente de 1,67 kHz, de forma similar à
de um TC de bucha invertido, com alimentação pelo seu secundário.
Para efetuar a medição de um par de conexões enterradas de dois
equipamentos de alta tensão (AT) é necessário curto-circuitar as descidas dos cabos
de aterramento, como mostrado na Figura 23. A resistência total medida pelo
27
instrumento será o somatório da resistência do cabo de medição e da malha, mais
as conexões de ensaio (1 e 2) e as conexões enterradas da malha (3 e 4).
Figura 23: Ensaio com alicate terrômetro em estrutu ras metálicas multiaterradas [18].
No caso acima, a medição mostrará o estado das conexões de aterramento
dos equipamentos das fases A e B. A resistência do circuito de medição (cabo mais
conexões de ensaio) não ultrapassa 400 mΩ. A resistência dos cabos de terra e das
duas conexões enterradas em boas condições costuma ser inferior a 100 mΩ. Desta
forma, admitindo-se uma tolerância inerente a erros de medição, valores de
resistências acima de 0,5 Ω são considerados como indicativos de defeito em pelo
menos uma das duas conexões testadas.
Ao se constatar um valor anormal, será necessário testar cada uma das duas
descidas envolvidas contra uma terceira para saber qual das conexões suspeitas
está com defeito.
3.8.2 Verificação de continuidade entre ligações de equipamentos à malha de
aterramento – Método de pontos equipotenciais
A verificação das ligações de equipamentos à malha de aterramento é
realizada utilizando o método de medição de potenciais no solo em instalações
energizadas, segundo o anexo G da norma ABNT NBR 15749 [11].
Com um terrômetro, injeta-se uma corrente de baixa amplitude e alta
frequência, entre um ponto de terra remoto (eletrodo auxiliar de corrente) e
diferentes pontos conectados às malhas de aterramento das usinas e das
subestações.
28
O eletrodo de potencial de referência utilizado para a medição localiza-se na
mesma direção e sentido que o eletrodo auxiliar de corrente, a uma distância fora da
influência do ponto de terra remoto e as malhas do sistema de aterramento. Os
potenciais dos pontos de conexão ao sistema de aterramento da subestação são
medidos em relação a esse eletrodo de referência.
Se o sistema de aterramento for composto por diferentes malhas de
aterramento interligadas, encontra-se o menor valor de potencial associado a cada
malha e designa-se como x esse valor. Para potenciais entre x e 1,25x considera-se
que a conexão do equipamento à malha em questão é satisfatória. Ver a Figura 24,
extraída do documento “Metodologias utilizadas pelo LACTEC para verificação de
sistemas de aterramento em instalações energizadas” [15].
Figura 24: Procedimento para verificação das ligaçõ es de equipamentos à malha de
aterramento [15].
29
4 PARTE EXPERIMENTAL
Foram selecionadas três subestações da Copel para a realização das
medições: SE Arapoti 138 kV (localizada na cidade de Arapoti/PR), SE Xisto 34,5 kV
(localizada na cidade de São Mateus do Sul/PR) e SE Fazenda Rio Grande
(localizada na cidade de Fazenda Rio Grande/PR, região metropolitana de Curitiba).
4.1 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1.1 Materiais e equipamentos
Os equipamentos utilizados para os dois critérios de medição são
apresentados na Tabela 2:
Tabela 2: Descrição dos equipamentos utilizados.
Alicate terrômetro miliamperímetro
Marca: MINIPA
Modelo: ET-4300
número de série: 01654;
Conjunto de cabos e hastes para medição de aterramento;
Marca: LACTEC
Modelo: 1
GPS
Marca: Garmin
Modelo: Oregon 300
Terrômetro
Marca: Alstech
Modelo: STM-02 e STM-04
número de série: AL500004 AL400011;
30
Terrômetro
Marca: Megabras
Modelo: TM-25m
4.1.2 Metodologia
Para o método do alicate terrômetro (avaliação das conexões dos
equipamentos com a malha de terra) foi utilizado o Alicate Terrômetro MINIPA e o
conjunto de cabos e hastes (equipamentos mostrados na Tabela 2).
Para o método de verificação de continuidade entre ligações de equipamentos
à malha de aterramento (método de pontos equipotenciais) utilizou-se o terrômetro
protótipo marca Alstech, modelo STM-02 e o terrômetro Megabras, modelos TM-25m
(equipamentos mostrados na Tabela 2). Foi usado o método de medição de
potenciais com injeção de baixa corrente em alta frequência, segundo a norma
ABNT NBR 15749 [11], com as instalações energizadas. Utilizaram-se circuitos de
medição de corrente e potencial posicionados na mesma direção, condição em que
a corrente de teste e a elevação de potencial, podem propiciar acoplamento mútuo
entre os circuitos. Para atenuar/eliminar esse acoplamento utilizou-se cabo blindado
no circuito de corrente garantindo a separação entre os condutores dos circuitos de
corrente e de potencial. O eletrodo de corrente Ec foi composto de quatro eletrodos
de aço cobreado de 0,60 m de comprimento por 14,5 mm de diâmetro dispostos em
linha e separados de 1 m, interligados por condutor de cobre de 4 mm2 de seção. O
eletrodo de potencial Ep foi composto de um eletrodo de cobre de 0,6 m de
comprimento por 14,5 mm de diâmetro.
Neste último caso, considerando a dificuldade real em se manter o
espaçamento entre o terminal de corrente e a rede de terra, em valores tais que se
obtivesse uma região remota livre das influências da malha de terra e a discreta
ocorrência de regiões com baixa resistividade de solo que permitissem a confecção
de bons aterramentos para os eletrodos auxiliares de corrente e potencial.
31
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 ENSAIOS NA SE ARAPOTI
A subestação (SE) Arapoti/PR é uma instalação nova na qual a construção
civil e instalação dos equipamentos de potência ainda não estavam finalizadas no
momento das medições. Decidiu-se pela realização das medições nesta SE devido à
falta de parte da documentação do projeto de aterramento da mesma, uma vez que,
constava-se disponível apenas o desenho da malha de aterramento. As medições
foram realizadas com solo úmido.
No dia da realização das medições foram primeiramente identificados os
condutores de descida para a malha de terra dentro da SE. Notou-se, em virtude das
dimensões desta SE, poucos condutores de aterramento estando os mesmos
representados basicamente pelos seguintes pontos (ver Figura 25):
• Descidas de terra da malha perimetral (cantoneiras metálicas);
• Condutores de aterramento do portão, do motor do portão de acesso da
SE;
• Corrimões de acesso à sala de operação e da estrutura do mastro das
bandeiras;
• Aterramento dos transformadores TR1 e TR2;
• Caixa de inspeção das hastes ao redor da perimetral.
32
Figura 25: Croqui dos pontos medidos na área da SE Arapoti.
Na Figura 26 e na Figura 27 são mostrados alguns dos pontos acima
identificados nos dias das medições.
Figura 26: À esquerda condutor de aterramento do po rtão de acesso. À direita cantoneiras
metálicas de aterramento da malha perimetral.
33
Figura 27: À esquerda condutor de aterramento das e struturas dos mastros das bandeiras. À
direita condutor de aterramento do transformador.
Os pontos de acoplamento do equipamento à malha de aterramento sob
ensaio estão descritos na Figura 25. Conforme já mencionado foram poucos pontos
identificados na instalação que permitiram a realização do ensaio.
Para o método de pontos equipotenciais na SE Arapoti foram selecionados os
seguintes pontos para retorno dos circuitos de corrente e potencial:
• Ec: Local de aterramento do eletrodo de corrente (Ec), distante 200 m do
TR1. No circuito de corrente foi utilizado cabo blindado coaxial RG 58 de
impedância característica 50Ω para conexão da malha de aterramento
com o eletrodo auxiliar de corrente.
• Ep: Local de aterramento do eletrodo de potencial (Ep), distante 60 m da
periferia da subestação na direção do eletrodo de corrente (Ec). No
circuito de potencial foi utilizado cabo isolado 12WF-12, diâmetro 1,5 mm
para conexão da malha de aterramento com o eletrodo auxiliar de
potencial.
A Figura 28 apresenta um croqui da disposição dos circuitos de correntes.
34
Figura 28: Croqui do circuito de corrente nas insta lações da SE Arapoti.
A Tabela 3 apresenta os resultados dos pontos de conexão verificados
durante o ensaio para a metodologia de equipotenciais.
Tabela 3: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE Arapoti. Método de Pontos Equipotenciais.
Ponto de Medição X (Megabras)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
X
(STM 02)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
Portão acesso pedestre 1,02 Bom 1,00 Melhor ponto
Motor portão 1,00 Melhor ponto 1,06 Bom
Cerca Lateral esquerda
(ponto 1) 1,01 Bom 1,15 Bom
Cerca Lateral esquerda
(ponto 2) 1,10 Bom 1,35 Regular
Cerca Lateral esquerda
(ponto 3) 1,24 Bom 1,48 Insatisfatório
Cerca Lateral esquerda (ponto 4) 1,27 Regular 1,45 Insatisfatório
Cerca Lateral esquerda
(ponto 5) 1,30 Regular 1,55 Insatisfatório
Bandeira (1) 5,27 Insatisfatório 5,92 Insatisfatório
Bandeira (2) 5,12 Insatisfatório 5,76 Insatisfatório
35
Ponto de Medição X (Megabras)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
X
(STM 02)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
Bandeira (3) 5,07 Insatisfatório 5,72 Insatisfatório
Trafo 1 (carcaça) 1,52 Insatisfatório 1,78 Insatisfatório
Trafo 2 (carcaça) 1,75 Insatisfatório 2,06 Insatisfatório
A Tabela 4 apresenta os resultados dos pontos de conexão verificados
durante o ensaio para o método do alicate terrômetro.
Tabela 4: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE Arapoti. Método do Alicate Terrômetro.
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [valor de resistência em Ω] Estado Conexão
Portão acesso pedestre 0,100 ok
Motor portão
Motor portão 0,174 ok
Cerca lateral esquerda (ponto 1)
Portão acesso pedestre 0,110 ok
Cerca lateral direita
Cerca lateral esquerda (ponto 1) 0,105 ok
Cerca lateral esquerda (ponto 2)
Cerca lateral esquerda (ponto 2) 2,331 insatisfatória
Cerca lateral esquerda (ponto 3)
Cerca lateral esquerda (ponto 1) 0,132 ok
Cerca lateral esquerda (ponto 2)
Cerca lateral esquerda (ponto 3) 0,097 ok
Cerca lateral esquerda (ponto 4)
Cerca lateral esquerda (ponto 2) 0,826 insatisfatória
Corrimão (1a) - casa de comando
Cerca lateral esquerda (ponto 3) 2,195 insatisfatória
Corrimão (1a) - casa de comando
36
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [valor de resistência em Ω] Estado Conexão
Cerca lateral esquerda (ponto 4) 0,136 ok
Cerca lateral esquerda (ponto 5)
Cerca lateral esquerda (ponto 5) 50,132 Insatisfatória
Bandeira (1)
Cerca lateral esquerda (ponto 5) 48,802 insatisfatória
Bandeira (2)
Cerca lateral esquerda (ponto 5) 48,022 insatisfatória
Bandeira (3)
Bandeira (1) 52,022 insatisfatória
Trafo 1 (trilho)
Bandeira (1) 48,062 insatisfatória
Trafo 1 (Condutor 1)
Bandeira (1) 48,182 insatisfatória
Trafo 1 (Condutor 2)
Trafo 1 0,095 ok
Trafo 2
Bandeira (1) 75,502 insatisfatória
Bandeira (2)
Bandeira (1) 81,302 insatisfatória
Bandeira (3)
Bandeira (2) 78,482 insatisfatória
Bandeira (3)
Corrimão (2a) - casa de comando 0,021 ok
Corrimão (2b) - casa de comando
Corrimão (1a) - casa de comando -0,018 ok
Corrimão (1b) - casa de comando
Corrimão (1b) - casa de comando 0,079 ok
Corrimão (2a) - casa de comando
37
Os pontos verificados neste ensaio corresponderam aos únicos pontos
disponíveis no momento da verificação, uma vez que, a subestação encontrava-se
em fase final de construção da parte civil e da instalação dos equipamentos
elétricos.
Os resultados obtidos mostram grande diferença entre os potenciais das
estruturas metálicas medidas, porém, não se pode afirmar se estas diferenças são
relativas à malha de aterramento principal ou apenas entre estes poucos pontos
medidos, pois as distâncias envolvidas para esta comparação com a haste
identificada inviabilizaram esta comparação.
Verificou-se pelos dois métodos claro problema de aterramento nas bandeiras
e nos corrimões. Há uma grande probabilidade de não ter sido feita a conexão
desses pontos com a malha, já que uma subestação nova não teria problemas de
corrosão. Para se ter certeza é necessário fazer a abertura da terra e verificar o
ponto de conexão fisicamente.
A malha perimetral, segundo projeto, está interligada com a malha principal,
isto significa que os pontos de cerca deveriam estar medindo dentro do limite de
potencial estabelecido pelo método de equipotenciais ( xVtestex 25,1≤≤ ).
Pelos dois métodos, a maioria dos pontos de cerca medidos apresentou
conexão satisfatória. Aqueles pontos cujo valor foi ultrapassado devem ser
verificados fisicamente.
5.2 ENSAIOS NA SE XISTO
A SE Xisto é do tipo desabrigada que abaixa o nível de tensão de 34,5 kV a
13,8 kV. As medições foram realizadas com solo seco e dia ensolarado. A Figura 29
apresenta o desenho da malha de aterramento da SE Xisto.
38
Figura 29: Desenho da pontos de aterramento da SE X isto.
Na Figura 29 são indicados em azul os pontos onde foram verificados os
locais de conexão à malha de aterramento.
Na Figura 30 e na Figura 31 são mostrados alguns dos pontos acima
identificados nos dias das medições.
39
Figura 30: À esquerda a caixa de inspeção frente es querda. À direita caixa de inspeção frente
direita.
Figura 31: À esquerda ponto 6. À direita pára-raio antena VHF.
Os pontos de acoplamento do equipamento à malha de aterramento sob
ensaio estão descritos na Figura 29.
Para o método de pontos equipotenciais na SE Xisto foram selecionados os
seguintes pontos para retorno dos circuitos de corrente e potencial:
• Ec: Local de aterramento do eletrodo de corrente (Ec), distante 127 m da
caixa de inspeção frente direita. No circuito de corrente foi utilizado cabo
blindado coaxial RG 58 de impedância característica 50Ω para conexão
da malha de aterramento com o eletrodo auxiliar de corrente.
40
• Ep: Local de aterramento do eletrodo de potencial (Ep), distante 77 m da
periferia da subestação na direção do eletrodo de corrente (Ec). No
circuito de potencial foi utilizado cabo isolado 12WF-12, diâmetro 1,5 mm
para conexão da malha de aterramento com o eletrodo auxiliar de
potencial.
A Figura 32 apresenta um croqui da disposição dos circuitos de correntes.
Figura 32: Croqui do circuito de corrente nas insta lações da SE Xisto.
A Tabela 5 apresenta os resultados dos pontos de conexão verificados
durante o ensaio para a metodologia de equipotenciais.
Tabela 5: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE Xisto. Método de Pontos Equipotenciais.
Ponto de Medição X (Megabras)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
X
(STM 02)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
Refletor fundo esquerdo 1,16 bom 1,00 bom (melhor ponto)
Caixa de inspeção frente esquerda
1,19 bom 1,09 bom
Ponto 1 1,14 bom 1,16 bom
Ponto 2 1,11 bom 1,12 bom
Ponto 3 1,10 bom 1,09 bom
Ponto 4 1,10 bom 1,09 bom
Ponto 5 1,10 bom 1,12 bom
Ponto 6 1,04 bom 1,22 bom
Ponto 7 1,04 bom 1,12 bom
41
Ponto de Medição X (Megabras)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
X
(STM 02)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
Ponto 8 1,03 bom 1,19 bom
Ponto 9 1,03 bom 1,22 bom
Ponto 10 1,03 bom 1,19 bom
Ponto 11 * * 1,16 bom
Ponto 12 * * * *
Ponto 13 1,03 bom 1,29 regular
Ponto 14 * * 1,29 regular
Ponto 15 1,02 bom 1,26 bom
Ponto 16 1,05 bom 1,19 bom
Ponto 17 1,04 bom 1,12 bom
Caixa de inspeção frente direita 1,09 bom 1,09 bom
Ponto 18 1,06 bom 1,16 bom
Ponto 19 1,04 bom 1,16 bom
Ponto 20 1,03 bom 1,12 bom
Ponto 21 1,03 bom 1,16 bom
Ponto 22 1,02 bom 1,16 bom
Ponto 23 1,00 bom (melhor ponto) 1,22 bom
Ponto 24 1,01 bom 1,16 bom
Ponto 25 1,00 bom 1,19 bom
Pára-raio - antena VHF 1,43 insatisfatório 1,77 ruim
Portão 1 1,26 regular 1,56 ruim
Cerca frente 1,19 bom 1,53 ruim
A Tabela 6 apresenta os resultados dos pontos de conexão verificados
durante o ensaio para o método do alicate terrômetro.
42
Tabela 6: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE Xisto. Método do Alicate Terrômetro.
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [valor de resistência em Ω] Estado Conexão
Caixa de inspeção frente esquerda 0,113 ok
Ponto 9
Caixa de inspeção frente esquerda 0,127 ok
Ponto 8
Caixa de inspeção frente esquerda 0,123 ok
Ponto 6
Caixa de inspeção frente esquerda 0,133 ok
Ponto 7
Caixa de inspeção frente esquerda 0,106 ok
Ponto 2
Caixa de inspeção frente esquerda 0,103 ok
Refletor fundo esquerdo
Refletor fundo esquerdo 0,081 ok
Ponto 1
Ponto 1 0,078 ok
Ponto 3
Ponto 1 0,068 ok
Ponto 4
Ponto 1 0,077 ok
Ponto 5
Ponto 1 0,097 ok
Ponto 10
Ponto 1 0,093 ok
Ponto A
Ponto 1 0,099 ok
Ponto 11
43
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [valor de resistência em Ω] Estado Conexão
Ponto 1 0,098 ok
Ponto B
Ponto 1 0,112 ok
Ponto 16
Ponto 1 0,119 ok
Ponto 14
Ponto 1 0,133 ok
Ponto 13
Ponto 13 0,041 ok
Ponto 14
Ponto 13 0,071 ok
Ponto 17
Ponto 13 0,075 ok
Ponto C
Ponto 13 0,082 ok
Ponto D
Ponto 13 0,097 ok
Ponto 18
Ponto 13 0,104 ok
Ponto 19
Ponto 13 0,102 ok
Ponto 20
Ponto 13 0,113 ok
Ponto 21
Ponto 13 0,106 ok
Ponto 22
44
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [valor de resistência em Ω] Estado Conexão
Ponto 13 0,124 ok
Ponto 24
Ponto 17 0,081 ok
Ponto 23
Ponto 23 0,066 ok
Caixa de inspeção frente direita
23 0,042 ok
Refletor fundo direito
Ponto 25 0,148 ok
Ponto 26
Ponto 1 0,153 ok
Ponto 26
Ponto 26 0,892 insatisfatória
Cerca fundo
Pára-raio - antena VHF 0,486 ok
Ponto 15
Cerca frente 0,776 insatisfatória
Pára-raio - antena VHF
Pára-raio - antena VHF 0,361 ok
Base - cubículo VHF
Base - cubículo VHF 0,890 insatisfatória
Ponto 15
Portão 1 0,962 insatisfatória
Ponto E
Portão 1 0,069 ok
Portão 2
45
Na metodologia de pontos equipotenciais, a análise comparativa entre o
equipamento protótipo STM-02 e o equipamento TM-25m da Megabras permite
concluir que a medição feita com o equipamento protótipo é mais conservativa. A
maioria dos pontos indicados como bons pelo TM-25m foram indicados também
como bons pelo STM-02. Porém, alguns dos pontos indicados como bons ou
regulares com o TM-25m, apresentaram-se como pontos ruins com o STM-02.
É importante destacar nesta análise que todos os valores foram comparados
em relação ao ponto que apresentou menor valor de potencial na instalação. Este
ponto correspondeu ao ponto 23 indicado pelo TM-25m e ao refletor fundo esquerdo
indicado pelo STM-02. Apesar dos pontos de menor potencial serem diferentes para
os dois equipamentos, a diferença percentual entre um valor e outro, para o mesmo
ponto, não supera os 22%, valor inferior ao critério de 25% pelo que a conexão entre
os dois pontos é existente. Esses dois pontos estão dentro da malha principal da
subestação.
Todos os pontos de conexão desta subestação foram medidos e
considerados em bom estado, pois os valores estão dentro dos limites estabelecidos
tanto pelo Método do alicate terrômetro quanto pelo método de equipotenciais.
Os pontos de cerca estão indicados por “insatisfatórios”. Isto é justificado pois,
segundo projeto, a malha perimetral não está conectada com a malha principal,
portanto o critério está correto.
Foi identificado problema na conexão do pára-raios da antena de
comunicação VHF com a malha da SE através da análise em alta frequência.
Segundo o projeto da malha a antena VHF é conectada a malha de aterramento da
SE através de um condutor. Este resultado apontado pelo equipamento indica a
possibilidade de altas diferenças de potencias na ocorrência de fenômenos rápidos
como descargas atmosféricas ou manobras de equipamentos.
Na metodologia de verificação de conexões utilizando o alicate terrômetro, a
análise dos resultados mostrou que a maioria dos pontos apresentou conexão
satisfatória com a malha de aterramento principal. Adicionalmente, confirmou-se a
inexistência de conexão do pára-raios com a malha da cerca perimetral.
Nesta metodologia admitiu-se a existência de conexão entre o pára-raios e a
malha de aterramento principal da SE, porém, o valor medido de 0,486 Ω é bem
próximo do limite superior de aceitação desta metodologia (0,5 Ω).
46
A análise comparativa entre os resultados das metodologias de equipotenciais
e do alicate terrômetro indicaram concordância. Destaca-se a verificação da
conexão do pára-raios da antena VHF onde o limite superior de aceitação de 0,5 Ω do alicate terrômetro apontou para existência de conexão o que concorda com o
projeto da malha. Porém, como foi mencionado anteriormente, o valor medido entre
o pára-raios e um ponto da malha principal, é próximo do valor limite, sendo este
mais alto quando comparado com a média dos outros valores. Isto permite concluir
que mesmo existindo conexão, há problema na mesma. Esta ideia fica reforçada
pela metodologia de equipotenciais, cujos valores obtidos em campo indicam
diferença de potenciais para fenômenos rápidos entre a antena VHF e a malha da
SE.
5.3 ENSAIOS NA SE FAZENDA RIO GRANDE
A SE Fazenda Rio Grande é do tipo desabrigada que abaixa o nível de tensão
de 34,5 kV a 13,8 kV. As medições foram realizadas com solo seco e dia
ensolarado.
A Figura 33 apresenta o desenho da malha de aterramento da SE Fazenda
Rio Grande.
47
Figura 33: Desenho dos pontos de aterramento da SE Fazenda Rio Grande.
São indicados em azul os pontos onde foram verificados os locais de conexão
à malha de aterramento.
A Figura 34 e a Figura 35 mostram alguns dos pontos acima identificados no
dia das medições.
48
Figura 34: À esquerda ponto 12. À direita medição c om alicate terrômetro entre os pontos 1 e
4.
Figura 35: À esquerda ponto 10. À direita carcaça p onto 14.
Os pontos de acoplamento do equipamento à malha de aterramento sob
ensaio estão descritos na Figura 33.
Para o método de pontos equipotenciais na SE Fazenda Rio Grande foram
selecionados os seguintes pontos para retorno dos circuitos de corrente e potencial:
• Ec: Local de aterramento do eletrodo de corrente (Ec), distante 110 m do
ponto limite da malha situado na parte traseira do terreno. No circuito de
corrente foi utilizado cabo blindado coaxial RG 58 de impedância
característica 50 Ω para conexão da malha de aterramento com o
eletrodo auxiliar de corrente.
• Ep: Local de aterramento do eletrodo de potencial (Ep), distante 80 m da
periferia da subestação na direção do eletrodo de corrente (Ec). No
circuito de potencial foi utilizado cabo isolado 12WF-12, diâmetro 1,5 mm
para conexão da malha de aterramento com o eletrodo auxiliar de
potencial.
49
A Figura 36 apresenta um croqui da disposição dos circuitos de correntes.
Figura 36: Croqui do circuito de corrente nas insta lações da SE Fazenda Rio Grande.
A Tabela 7 apresenta os resultados dos pontos de conexão verificados
durante o ensaio para a metodologia de equipotenciais.
Tabela 7: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE Fazenda Rio Grande. Método de Pontos Equipotenciais.
Ponto de Medição X (Megabras) Nível de
Equipotencialização com o melhor ponto
X
(STM 02)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
Ponto 1 1,12 bom 1,08 bom
Ponto 2 1,13 bom 1,09 bom
Ponto 3 1,19 bom 1,10 bom
Ponto 4 1,21 bom 1,09 bom
Ponto 5 1,22 bom 1,12 bom
Ponto 6 1,22 bom 1,03 bom
Ponto 7 1,21 bom 1,21 bom
Ponto 8 1,15 bom 1,12 bom
Ponto 9 1,12 bom 1,02 bom
Ponto 10 1,17 bom 1,03 bom
Ponto 11 A * bom * bom
Ponto 11 B 1,19 bom 1,04 bom
Ponto 12 1,26 regular 1,21 bom
50
Ponto de Medição X (Megabras) Nível de
Equipotencialização com o melhor ponto
X
(STM 02)
Nível de Equipotencialização com o melhor ponto
Ponto 13 * * * *
Ponto 14 1,42 regular 1,32 regular
Ponto 15 1,12 bom 1,00 bom
Ponto 16 1,26 bom 1,03 bom
Ponto 17 1,12 bom 1,02 bom
Ponto 18 1,07 bom 1,01 bom
Ponto 19 1,06 bom 1,01 bom
Ponto 20 1,06 bom 1,01 bom
Ponto 21 * bom * bom
Ponto 22 1,07 bom 1,01 bom
Ponto 23 1,07 bom 1,00 bom
Ponto 24 (Trafo de aterramento) 1,01 bom 1,01 bom
Ponto 25 * bom * bom
Ponto 26 * bom * bom
Ponto 27 1,01 bom 1,01 bom
Ponto 28 1,00 bom 1,01 bom
Ponto 29 1,06 bom 1,01 bom
Ponto 30 1,09 bom 1,01 bom
Ponto 31 * bom * bom
Ponto 32 1,05 bom 1,01 bom
Ponto 33 1,07 bom 1,02 bom
Ponto 34 1,07 bom 1,03 bom
Ponto 35 1,01 bom 1,03 bom
Ponto 36 1,01 bom 1,02 bom
Ponto 37 1,02 bom 1,07 bom
Ponto 38 1,04 bom 1,01 bom
Ponto 39 (portão - interior) 3,41 ruim 2,90 ruim
51
A Tabela 8 apresenta os resultados dos pontos de conexão verificados
durante o ensaio para o método do alicate terrômetro.
Tabela 8: Verificação de conexões de equipamentos à malha de aterramento SE Fazenda Rio Grande. Método do Alicate Terrômetro.
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [ valor de resistência em Ω]
Estado Conexão
Ponto 1 0,102 ok
Ponto 2
Ponto 1 0,100 ok
Ponto 3
Ponto 1 0,101 ok
Ponto 4
Ponto 1 0,120 ok
Ponto 5
Ponto 1 0,185 ok
Ponto 6
Ponto 1 0,153 ok
Ponto 7
Ponto 1 0,145 ok
Ponto 8
Ponto 1 0,133 ok
Ponto 9
Ponto 1 0,190 ok
Ponto 10
Ponto 1 0,134 ok
Ponto 11
Ponto 1 0,171 ok
Ponto 11 A
Ponto 8 0,170 ok
Ponto 12
52
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [ valor de resistência em Ω]
Estado Conexão
Ponto 8 0,178 ok
Ponto 13
Ponto 8 0,197 ok
Ponto 14
Ponto 10 0,201 ok
Ponto 15
Ponto 10 0,188 ok
Ponto 16
Ponto 10 0,200 ok
Ponto 17
Ponto 10 0,173 ok
Ponto 18
Ponto 17 0,138 ok
Ponto 19
Ponto 17 0,139 ok
Ponto 20
Ponto 17 0,140 ok
Ponto 21
Ponto 17 0,154 ok
Ponto 22
Ponto 17 0,130 ok
Ponto 23
Ponto 20 0,177 ok
Ponto 24
Ponto 20 0,184 ok
Ponto 25
Ponto 20 0,184 ok
Ponto 26
53
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [ valor de resistência em Ω]
Estado Conexão
Ponto 24 0,174 ok
Ponto 27
Ponto 24 0,181 ok
Ponto 28
Ponto 24 0,170 ok
Ponto 29
Ponto 24 0,189 ok
Ponto 30
Ponto 24 0,170 ok
Ponto 31
Ponto 24 0,162 ok
Ponto 32
Ponto 24 0,150 ok
Ponto 33
Ponto 24 0,162 ok
Ponto 34
Ponto 24 0,224 ok
Ponto 35
Ponto 24 0,191 ok
Ponto 36
Ponto 24 0,219 ok
Ponto 37
Ponto 24 0,254 ok
Ponto 38
Ponto 35 0,183 ok
Ponto 38
Ponto 35 0,046 ok
Ponto 36
54
Ponto de Medição Alicate Terrômetro [ valor de resistência em Ω]
Estado Conexão
Ponto 37 0,102 ok
Ponto 38
Todos os pontos de conexão desta subestação foram medidos e
considerados em bom estado, pois os valores estão dentro dos limites estabelecidos
tanto pelo método do alicate terrômetro quanto pelo método de equipotenciais.
O ponto 14, medido pelo método de pontos equipotenciais, foi a exceção, pois
ultrapassou o limite estabelecido de 25%. É necessário verificar o estado deste
ponto fisicamente, pois foi detectado um problema nesta conexão. É importante
destacar que nesta análise todos os valores foram comparados em relação ao ponto
que apresentou menor valor de potencial na instalação. Este ponto correspondeu ao
ponto 28 indicado pelo equipamento TM-25m e ao ponto 23 indicado pelo
equipamento STM-02. Ainda que foram indicados pelos equipamentos pontos
diferentes, como pontos de menor potencial, a diferença percentual entre um valor e
outro para o mesmo ponto não supera os 7%, valor inferior ao critério de 25% pelo
que a conexão entre os dois pontos é existente. Esses dois pontos estão dentro da
malha principal da subestação.
O projeto da malha de aterramento indica descontinuidade entre a malha
principal da subestação e a malha da cerca perimetral. Isto foi verificado em campo
pelos equipamentos STM-02 e Megabras Tm-25 apresentando conexão ruim do
ponto 39.
A análise comparativa entre os resultados das metodologias de equipotenciais
e do alicate terrômetro indicou concordância.
55
6 CONCLUSÕES
A análise comparativa entre os resultados obtidos como a metodologia de
equipotenciais e a metodologia do alicate terrômetro indicou concordância entre as
metodologias. Foram verificados problemas de conexão de estruturas metálicas com
as malhas através das metodologias de pontos equipotenciais e do alicate
terrômetro, apesar de não indicarem o grau de corrosão ou envelhecimento ou
desconexão dos cabos.
Para uma inspeção periódica e manutenção de malhas de aterramento de
subestações, os dois métodos são válidos e se complementam, ou seja, erros por
limitações de um método podem ser identificados com outro método.
O método do alicate terrômetro permite verificar a conexão entre pontos
próximos dentro de uma instalação sendo limitado pelo comprimento do condutor de
ensaio, que por sua vez não deve ser muito grande devido à injeção de corrente do
equipamento. Desta forma, a metodologia do alicate terrômetro não permite analisar
pontos muito afastados, e por sua vez, descobrir o menor valor de potencial da
instalação. Já através do método de medição de equipotenciais é possível comparar
de forma direta todos os pontos de medição em relação ao ponto que apresenta um
menor potencial, ponto que é encontrado depois de medir o potencial de todas as
conexões visíveis de equipamentos à malha de aterramento em estudo, em relação
a um eletrodo de potencial estabelecido como referência. A adequada determinação
desse ponto mínimo determina o sucesso da metodologia.
A principal vantagem do método de equipotenciais quando comparado com o
método do alicate terrômetro, é a possibilidade de determinar o estado de todos os
pontos de conexão em relação a um único ponto. Além da possibilidade de
caracterizar diferenças de potenciais entre diversos pontos da subestação que
podem acontecer no momento de surtos de alta frequência. Porém, o procedimento
da medição realizado com o método do alicate terrômetro é mais simplificado, uma
vez que não é necessária a utilização de hastes nem o lançamento de cabos fora da
zona de influência da área de medição, podendo ser utilizado em áreas urbanas
onde não é possível fincar hastes no solo para injeção de corrente e para referência
de potencial.
56
7 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
• Comparação entre metodologias de medição de aterramento em alta
frequência para subestações energizadas e metodologias convencionais
para subestações desenergizadas.
• Verificação do grau de degradação de condutores e conexões enterradas
com métodos que eliminem a necessidade de abertura de valetas.
• Análise da linearidade da relação V/A (Volt/Ampère) sobre o resultado
mostrado pelos terrômetros que injetam corrente em alta frequência.
• Análise específica de medição em alta frequência de resistência de
aterramento em torres de transmissão energizadas.
57
REFERÊNCIAS
[1] MELIOPOULOS, A.S., et al, A PC based ground impedance measurement
instrument , IEEE trans. on Power Delivery, v. 8, n. 3, 1993.
[2] MELIOPOULOS, “A.S., et al, A new method and Instrument for touch and
step voltage measurements , IEEE trans. on Power Delivery, v. 9, n. 4, 1994.
[3] GAMBOA, L.R.A.; SILVA, J.M.; RIBAS, C.E. RIBAS, R., et al. Medição da
resistência de malhas de terra energizadas, em SES 34,5/13,8 kV e
obtenção da resistividade de solos de SES, em labor atório . In:
SEMINÁRIO NACIONAL DE PROTEÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA
ELÉTRICA, 18, 2005, Curitiba. Anais, GSE-04.
[4] GALVANI, L.V.; MAGUERROSKI D.; BESEN C. et al. Avaliação de malhas
de terra em subestações energizadas através de medi ções seletivas em
freqüência diferente de 60Hz . In: SEMINÁRIO NACIONAL DE PROTEÇÃO
E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, 18, 2005, Curitiba. Anais, GSE-
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[5] SOTILLE, C.A.; BELTANI, J.M.; NONATO, G.A.C. et al. Protótipo de
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de Pesquisa e Desenvolvimento Ciclo 2003/2005, Empresa Energética de
Mato Grosso do Sul S.A. e Fundação Paulista de Tecnologia e Educação,
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[6] GAMOBA, L.R.A.; BACHEGA, R.J.; SILVA, J.M.; OLIVEIRA, N.; RIBAS, R.M.
Avaliação do Aterramento de Equipamentos em SE’s En ergizadas .
Curitiba: LACTEC, 2008. Relatório Técnico.
[7] VISACRO FILHO, S. Aterramentos elétricos: conceitos básicos, técnicas
de medição e instrumentação, filosofias de aterrame nto . São Paulo:
Artliber, 2002.
58
[8] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15751:
“Sistemas de Aterramento de Subestações - Requisitos”, norma técnica,
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