Apostila - Malha de Terra by Luiz Andrade

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M A L H A

D E

T E R R A

MALHA DE TERRA

Dl - INTRDDUClI'O No projeto de um sistema de aterramento,

•

oia, o conhecimento

é de fundamental

prévio do valor da resistividade

importâ~

do solo, onde será cons

truido o mesmo. Por outro lado, o projetista deve também ter uma idéia do po.! eLvel valor que deverá ter a resistêncie

do eistema de aterramento, depois de

construido.

A resi~tividade

pode variar de 10 a 10.000 ohma x m conforme obse£

vaçoes feitas em solos superficiais. Os solos que apresentam mais baixa resistividade residuos vegetais,

turfosos, em 10~bis pantanosos,

sao os que contém

nas profufldszas doe vales

e nas margens de rios. Os solos que apresentam os mais altos são arenoso~ os rochosos, em locais altos e desprovidos de vegetação,

nos desertos, e.c.

A seguir é demonstrado nas figuras 1 e 2 exemplo de diferente condições de solo e profundidades,

como a curva dos valores obtidos. _SUPERF"lCIE

SOLO

f .

AREIA

15-

4,5

- COMPACTAOA

---

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7,5

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250

700

15:)

RESISTÊNCIA

100

OHMS.

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AREIA MISTURAOA COM ARGILA

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SONeto ,PARA DETERMINA0 CARACTERISTICAS 00 SUB-

SOLO

• ,

•

Fig.1

Eletrodo mais profundos'melhor~s resistências_ Este grifico ~ostra a relaçio ehtre o tipo de solo e a resistência de terra com a profundidade crescente da haste. -01-

170 16o

15O 14O

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12O

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BASEADO EM SOLO UNIFORME EM TODAS AS PROFUNDIDADES .. ' N~108 DO CIRCULAR "NACIONAL BUREAU OF STANDARaS" ( USA)

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PROFUNDIDADE

PES

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Fig.2

CALCULADO NA EFEITO RESISTÊNCIA ( DE UM TIPO DE SOLO) COM ELETRODO A VÁRIAS PROFUNDIDADES.

PROFUNDIDADE

- Grãfico tência

mostrando do solo

as profundidades. mais profundos tração

a relação

entre

METROS

a profundidade

com a mesma resistividade Nas condições

usuais

.3m

e a resis-

unifol"me em de campo, os

são mais umidos e as vantagens

todas solos

de maiOI" pen~

se tornam mais pronunciadas.

••

-02-

Antigamente utilizavam sistemas de terra, em eeparado para cada fl

nalidade. Os para-raios tinham por exemplo seu aterramento próprio,casoesp~ c!f1co de US's e SE's,o qual era ligado a outros aterramentos

de equipamentos.

Houve então, constata9ão que com essa interliga9ão de aterramentos a eficácia de aterramento foi eensivelmente melhorada, surgindo dai a

malha

de terra, com finalidades: (

a - Melhoria de opera9ão e temporiza9ão dos relés do sistema de pr.2 te9ão, através de baixa resistência de aterramento. b - Transporte de altos valores de corrente, devendo portento, de~ carrega-las para a terra sem dano ao equipamento ou risco

acidente pessoal e capacidade adequada para transporte de correntes de curto-circuito. c - Providenciar potencial uniforme entre as estruturas, em

todas

a área da subestação, ou usina, protegendo contra tensões perl gosas que possam surgi~ du~ante um curto fase-terra, não ofer~ cendo riscos aos operadores ou pessoas que estejem

circulando

nas proximidades. A tecnologia do aterramento de instala9ões elétricas é uma tecnol.2 gia em constante aprimoramento.

A necessidade de evolu9ão resulta do aumento

da importância dos sistemas de terra como decorrência do aumento de potência dos sistemas elétricos, do snorme desenvolvimento

das lelecomunica9ões,

das

instala9ões fabris, prádiais e residênciais. Os riscos de vida aumentam nessas instala9ões quer por descarga atmosféricas quer por corrente de circuito, ou por interruP9ões no sistema de terra. O que se visa com ramento é ~v~.ar os principais acidentes que são mostrados mas figuras nQ J e 4. Com o aparecimento

ater-

esqusmaticamente

de altas correntes

para a terra o potencial da haste aterramento.

curto-

e a torre da linha sooem

e aparece no homem à distância uma s.2 bre tensão

LV que pode ser fatal.

Este potencial diminui quando a resi~ tencia de terra diminui. O sistema de malhas, de blindagem e de

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ili.erliga-

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ção minimizam o efeito.

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Figura 3

-03-

As correntes de descarga u~ pára-raios elevam o potencial das hastes de terra

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e de tODo equ.l.pamentoa ela ligado. Descargas impreviatas

podai" ocorrer

pontos perigosos para o equipamento

para o homem.

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e d. temi

ne~essário diminuir as

resistBncias da ~erra. Teoricamsnte mos a resistencia

-Ãvr: --f

Figura 4 aumentando o número de condutores soterraoos,

diminul

de aterramento. O ideal seria, entao uma placa Ii,a~.i.ça de c,2

bre soterrada, O que to comprimento

é,

naturalments antieconomico.

Além oisso, após um cer-

ds conuutores, o seu aumento contribui cads vez menos para dl

minuição da resistência

de aterramento.

Isto é devido ao fato de que um cer-

to volume de terra ao redor do condutor é necessário para dispersar a corre~ te na terra e se os condutores ~stiverem muito jun<os, a corrente não se dis tribuirá tão efetivamente,

prejuuicando a o.l.SperSboe, portanto, o aterrame~

to. A

Deve-se então, para alcançar o objetivo de menor resistencia de te.r ra, lançar mão de outros parâmetros, como por exemp.i.o,profundidade diâmetro dos condutores,

da malha

separação entre elee.

02 - CONSTRUCÃO DE MALHA DE TERRA Para projetar a malha de terra devem ser considerados os eeguintes itens: 2.1 - Resistividade

do Solo

A resistividade possibilidade

do solo deve ssr medida. Entretanto, se nBO houver

de medição, adota-se

UI"

valor de a,;;ordo••om o tipo de s,2

lo: Tipo de Solo

Resistividade

em Ohms x m

• Solo orgânico umioo

Solo com lama

102 10> 104

. seco

Solo

Leito rochoso A

2.2 - Rssist~ncia

dos Cabos Pára-Raios e Resistência

Quando não houver possibilidade parado, supoe-se um valor de BalO resistências

das Torres

de se conhecer esses valores em s~

ohms para a resistSncia à aseociação das

dos cabos, p!ra-raios e tensões existentes ao redor da subesta-

ção e 1 ou 2 km de raio,

dependendo da concentração

de torres

nesses

trechos

-04-

•

2.3 - ~rea da Subestacão

L a área (m2) que a rede de terra vai ocupar. Se irregular, divid~ se em sub áreas e, para facilitar os cálculos, transforma-ee equivalente.

numa área

03 - C~LCULOS DA MALHA DE TERRA - Projeto Preliminar Neceesário uma hipótese da configuração da rede, de maneira que uma distância"x"entre

condutores seja admitida. Então calcula-se o númerodec~

bos condutores de junção. - Número de Condutores Principais e Cabos Condutores de Juncão Demomina-se cabos condutores principais ~queles que sao na direção correspondente

colocados

à largura da malha. E de cabos condutores de ju~

ção aqueles que são colocados na direção correspondente

ao comprimento

rede.

04 - CONSTRUC~D DA MALHA a - Colocacão de Cabos Os cabos deverão ser estendidos nos dois sentidos da área a

ser

contruida a malha. Caso haja alguma base de equipamento no local em

que

o cabo esteja sendo lançado, admite-ee um maior espaçamento, desde

que

nao implique na redução do tamanho da malha, ou nos valores previstos. b - Colocacão das Hastes

número de hastee a serem colocados a instalar pode ser calculado

mas de modo geral a distribuição se processa de maneira descrita colocando hastes junto aI 1 - Transformadores

abaixo

(neutro)

2 - Pára-Raios 3 - Reguladores

(neutro)

4 - Angulos agudos, canto da malha (3 a 4 hastes) e nos quatros da casa de comando. 5 - Periferia interna e externa da malha: de 10 em 10 m ou de 12 em 12m.

ângulos

aproximadamente

Normalmente a haste é de Copperweld, seu comprimento é fixado 3m e bitola 3/4".

-05-

c - formato da Malha Para evitar que haja grande concentração malha, devemos dar um formato aproximadamente

de potencial nos cantos da elíptico ou arredondado

malha, conforme figura n~ 5.

figura

Outro método para evitar grandes valores de potencial de periferia,

passo na

ou potencial de toque na cerca, é rebaixar a malha conforme a

figura n~ 6.

Figura 6 Não obtendo os valores mínimos permitidos conforme tabela abaixo r,! corre-se ao tratamento químico do solo. kVA

Acima: 10.000

5.000 a 10.000

1.000 a

S.OOO

500 a

1.000

;

100 a

500

Até

100

-06-

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05 - TRATAMENTO QUfMICO DO SOLO

O custo do tratamento qu!mico provavelmente É superior ao custo de aprofundamento de hastes. O caso em que não for possível aprofundar as h~ tes ou em que tal procedimento reduza muito pouco a resistência da haste são típicos de utilização do tratamento químico que pOderá reduzir de 15 a 90% a resistência de terra, dependendo do tipo e da textura do solo. , Sao adotadas duas tecnicas:enterrar material de baixa resistividade (carvão mineral ou vegetal),sucata ferrosa ou injetar solução de eletrolitos nas proximidades dos eletrodos.Ambas diminuem as variações sazonais de resistividade.

Sobre o material de baixa resistividade e eficiÊncia não é tão gra~ de como a eficiência das soluções de eletrólitos em geral. Aumentam a cap~ cidade de condução do solo, evitando aquecimento perigoso e exige volumosa •• 6" , escavaçoes.5ua util~zaçao e mais economica que o aumento do numero de eletrodos. As soluções de eletrólitos podem ser divididas em dois grupos, as que formam gels e as que nao formam. Ambas sao aplicadas nas pr~ ximidades das hastes, para aumentar suas dimensões efetivas. A

Procedimento na aplicação do , elemento químico, próximo a haste de terra.

Figura 7

"Tratamento químico na COPEL, no primeiro trimestre de 1976, com LABORGEL" • Este produto é constituído de diversos sais que combinados formam , " '"d os contidos um gel higroscopio, quimicamente estavel, inatacave 1 pe 1os ac~ na terra,reduzindo a resistência ôhmica de terra em mais 50%. Os produtos das soluções que não formam gels insolúveis são dissolvidos com facilidade pelas águas pluviais, sendo gradativamente removidos -' periodica do tratade proximidade dos eletrodos.Ha, necessidade de remoça0 mento. Estas soluções, em geral, são de sulfato de magnÉsio, sulfato de c~ bre e cloreto de sódio em pedra. A duração É determinada pela intensidade da chuva e pela porosidade do terreno.As soluções que formam gels insolúveis,reduzem as resistências de maneira razoável permanentes,pois têm seus efeitos reduzidos levemente apenas pela ação de arraste das águas da chuva. I

-07-

06 - MEDIDAS DE RESISTIVIDADE Na COPEL utilizamos dois processos, a saber. a - Megohm!metro

b - Vibrograund - Procedimentos

de Medicão

Os conectores Cl e P2 sao ligados a um eletrodo da malha de terra, situado na periferia da mesma, ou no ponto médio de um dos lados ou em

dos vértices, supondo a malha de conformação retângular • . '-;,.,

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A tensão valor da resistência de terra na região entre o eletrodo P2 e a malha. Podemos tomar v';ries medições, consideranoo a distância do eletrodo C2 fixa e var1ando a distância entre o eletrodo P2 e a malha. Efetuando medições conside rando P~ próximo à malha e deslocando-o em direção do eletrodo C2,

obtemos

uma curva semelhante à curva A da figura n2 9

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• Figura

-08-

Considerando o patamar da figura nQ 9 teremos um ponto ideal de re ferência.

eletrodo C2 deve ser colocado fora do alcance da malha de terra,

numa região onde a densidade da corrente, fluindo no subsolo, se aproxima do valor nulo. Para grandes sistemas de aterramento, a densidade de corrente

o gradiente de potencial só se tornam despreziveis, à distâncias superiores, a 300m, tornando-se muitas vezes, impossivel de se executar o teste pelo método descrito. Interligacão de Aterramentos Como já foi descrito anter10rmen~e todos os ~omponentes de uma unl dade (Usi"as e Subestações), estão interligados a mesma malha (inclusive ce.!.

cas), como também as oema1S unidades por: condutores subterraneos so ) e aeraos (cabo guarda).

(contra p~

A~ém de proporcionar a interconexão dá proteçao a rede contra descargas atmosféricas.

O sistema de terra se comp~eta com a interligação das hastes entre si e com as carcaças dos equipamentos,

os neutros dos sistemas elátricos,to~

res das lin"as oe transmissão e os pára-raios. Em geral e em condições normais os fios s cabos de interligações transportam pequenas corrente; as correntes sobem a grandes valores nas situações anormais de descargas atmosférl cas e de curto-circuito

sistema elétrico. Assim sendo o ~imensionamento é

orientado mais pur estas condições anormais quando se exige robustez mecânica em temperaturas elevadas, grande capacidade ~écn1ca e resistência à corr£ sao 00 so~o. ~ portanto aloamente recomencavel o emprego de aço com proteção de cobre, ou seja, rios para o "contrapeso" e cabos de illterligações "coppe.!.

•

weld" •

Estas composiçoes apresentam conou~ic11idade

em relação a do cobre

puro, de 30 a 40%, utilizam menos cobre, que é um metal nobre, são duráveis, nas condições qufmicas dos SOlOS e suportam as elevacas correntes de curto _ circuito. CONCLusiio:

fizemos mençao em nossa pesquisa, a respeito da tecnologia, acide~ tes que podem ser ev~~auos, caso ~ennamos sistemas oe terra cem projetados e construil.los. I

•

Pois a Engenharia tem hOje meios para proteger adequadamente as in~ talações e principalmente vidas humanas.

NOTA:Desenho

nC 10 Rede de Terra SE-CCO.

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