UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE ELETROMECÂNICA E SISTEMAS DE POTÊNCIA SUBESTAÇÕES A – ESP ESP 610 PROJETO DE MALHA DE ATERRAMENTO Vinícius Costa da Silveira
[email protected] – 2920291 2920291 Resumo: O
presente documento foi elaborado com o intuito de projetar uma malha de aterramento para uma subestação fictícea de energia elétrica de 345 kV, considerando uma corrente máxima de curto-circuito fase terra ( ) ) de 5kA. A corrente que realmente produzirá os potencias na malha ( ) equivale a 38% de ( ).
∅−
∅−
1. DADOS DE PROJETO
O terreno considerado para instalação da subestação é caracterizado por possuir um solo estratificado em quatro camadas. A Tabela 1 indica a altura ( ) e a resistividade do solo ( ) pertinentes de cada camada considerada.
ℎ
Tabela 1 – Dados Dados do solo presente no terreno considerado para instalação da SE. Camada 1 2 3 4
Altura [m] 0,8 1,2 1,8 -
Resistividade do solo [Ω.m]
520 440 290 180
Ainda, deve-se considerar os seguintes itens para o projeto:
Utilização de solda exotérmica para conexão entre cabo de ligação e cabo da malha; A altura da camada de brita deve ser de 15 cm; A profundidade da malha deve ser de 1,3 m; A área da malha corresponde a 120 m x 120 m, totalizando 14400 m²; O tempo para atuação da proteção ( ) deve ser de 0,3 s; A temperatura ambiente média considerada ( ) é de 20°C.
2. PROJETO DA MALHA DE ATERRAMENTO
2.1. Resistividade aparente do terreno Para o presente projeto, por determinação no item 1, a profundidade da malha de terra deve ser de 1,3 m. Deste modo, dever-se-á considerar as camadas 1 e 2, respectivamente com alturas de 0,8 m e 0,5 m, como influentes ao aterramento. Através da Equação 1, obtém-se a resistividade aparente para a malha de terra.
ℎℎ ℎℎ 0,5200,880, 4400,55 486,01 Ω.
Equação 1
2.2. Dimensionamento do cabo de ligação e do condutor da malha O dimensionamento destes cabos é realizado conforme utilização da Equação 3, obtida através da Equação 2.
1 226,53.. 1 .ln234 226,53. 1 ln 234 1
Equação 2
Equação 3
Onde:
é a seção do condutor de cobre da malha de terra, em [mm²]; é a corrente de defeito através do condutor, em [A]; é a duração do defeito, em [s]; é a temperatura ambiente, em [°C]; é a temperatura máxima permissível, em [°C]. Para condutores de cobre, este valor é limitado pelo tipo de conexão utilizado.
As correntes e temperaturas máximas permissíveis variam para cada um dos cabos, conforme demonstrado nos itens posteriores. 2.2.1. Cabo de ligação
O cabo de ligação é conectado ao equipamento por aperto. Assim, tem-se que a temperatura máxima suportada para este tipo de conexão ( ) é a mesma da junta cavilhada, de 250 °C. Neste cabo ocorre a passagem de 100% da corrente de defeito. Deste modo, define-se através da Equação 3 a seção do condutor utilizado como cabo de ligação ( ):
çã çã 226,53. 1 5000 15, 0 6 ² 25020 0,3 ln 23420 1
2.2.2. Cabo de malha
Para o condutor de malha, considera-se a solda exotérmica. Tem-se que a temperatura máxima suportada para este tipo de solda ( ) é de 850 °C. Neste cabo ocorre a passagem de 38% da corrente de defeito. Deste modo, define-se através da Equação 2 a seção do condutor utilizado como cabo de malha ( ).
.0, 3 8 226,53. 5000 3, 8 1 ² 10,3 ln 85020 23420 1 2.3. Cálculo dos potenciais máximos
A área da subestação, por apresentar maior perigo, tem o solo revestido por uma camada de brita de 0,15 m. Esta, por sua vez, garante um nível de isolamento maior entre o contato dos pés com o solo. Esta camada representa uma camada estratificação adicional com a já existente no solo, sugerindo uma correção no parâmetro que contém (3000 Ω.m), utilizando o fator de redução, conforme Equação 4.
∞ 1 ℎ, 0,96 12.∑= ℎ [ 12. . 0,08 ] ∞ 0,72 1 0,96 12.∑= 0,15 ≅ 0,196 12.0,332 [ 12. . 0,08 ] 0,35 ℎ 3000 Ω. − ,− 0,72
Equação 4
Onde:
é a altura da camada de brita; ;
+ ,+
.
Então, o potencial de toque máximo e o potencial de passo máximo são obtidos através da Equação 5 e da Equação 6, respectivamente.
1000 1, 5 . . . 10001,5.0,35.3000.0,212 545,35 . 10006. . 10006.0,35.3000.0,21179 1546,04 0,211786 ,
Equação 5
Equação 6
Onde:
.
2.4. Espaçamento inicial entre os condutores Em geral, são adotados espaçamentos de 5% a 10% do comprimento dos lados da malha. Em virtude do projeto apresentar uma malha quadrada de 120 m x 120 m, os espaçamentos . Assim, assumindo um espaçamento inicial de 8%, tem-se . Sugerindo um espaçamento mínimo de 4,5 metros. O número de condutores em paralelo é obtida da Equação 7.
9
0,075∗120
1209 1 14,33 → 15 2.120.15 3600
Equação 7
O comprimento total dos condutores que formam a malha resulta da Equação 8. Equação 8
É importante ressaltar que, para esta malha de aterramento não serão consideradas hastes. 2.5. Resistência da malha A resistência total da malha de aterramento deve atingir, no máximo, 10 Ω.
Seu cálculo é realizado conforme a Equação 9.
. 1 20.1 . 1 1ℎ. 1 20 [ ( )] 486,01. 36001 √ 20.114400 . 1 1ℎ. 1 20 [ ( 14400)] 1,904 Ω Onde:
Equação 9
ℎ
é a área ocupada pela área, em [m²]. é a profundidade da malha, em [m]. Com limites de 0,025 m a 2,5 m, inclusive.
2.6. Verificação do potencial máximo na malha As equações a seguir apresentam o método utilizado para obter o potencial máximo no interior da malha.
... 508,5367 V
Equação 10
Onde:
∙ 8,81
0,6560, 1 72. . ln } 0,613 +. {l n . .. .. . ..− ./ 0,156354 . √ 1 ℎ 1,5165 < 508,5367V < 545,35 é o coeficiente de irregularidade;
é
o
coeficiente da malha;
é o coeficiente relaciona ao número de hastes cravadas, para malhas sem hastes na periferia ou com algumas no interior da malha. correção de profundidade. Assim, verifica-se como verdadeiro:
2.7. Verificação do potencial de passo máximo na malha Por fim, a Equação 11 e a Equação 12 apresentam como calcular o potencial máxima de passo na superfície da malha.
1 2.ℎ1 ℎ1 1 . 10,5− 0,273 ... 226,749
Equação 11 Equação 12
