ATERRAMENTO DE SUBESTAÇÕES DE ENERGIA By monografiaac | Published 05/04/2011
A evolução da indústria elétrica foi de tal magnitude que contemporaneamente não se pode imaginar a vida em sociedade sem este tipo de energia. A eletricidade começou a ser introduzida, pouco a pouco, no cotidiano do ser humano já há mais de um século, quando Thomas Alva Edison inventou a lâmpada incandescente e foi ele mesmo quem, em 1882, pôs em operação a primeira Central Elétrica em Manhattan. Paralelamente, esse ano entrou em serviço em Londres o primeiro Sistema de Fornecimento de Energia Elétrica Pública. Esses antigos sistemas tinham grandes limitações, pois eram, entre outras coisas, de corrente direta e, para conseguir alguma eficiência, a carga elétrica deveria estar o mais próxima possível do gerador. A distância de transmissão era então o grande problema a resolver. Anos depois, ao redor de 1888, chegou a solução quando começou a aplicação da corrente alternada, em uma batalha que, em certo sentido, G. Westinghouse ganhou de T. Edison e a fábrica de transformadores Stanley assentou os princípios de transmissão e distribuição de energia. As subestações de transmissão de energia elétrica servem para vários propósitos, de forma que é natural que seja possível a pesquisa em várias possibilidades de TCC TCC,, entre os quais os mais importantes são os pontos de conexão de geradores e as linhas de transmissão ou distribuição, que geralmente funcionam como centros elétricos que recebem a energia em alta tensão da rede pública, local ou nacional, e a reduzem a média ou baixa tensão para satisfazer as necessidades dos usuários, industriais ou domésticos, a níveis de t ensão que se ajustam à operação de suas instalações e equipamentos. Tais elementos são todos ótimos fundamentadores para a justificativa a justificativa da pesquisa em um projeto de pesquisa oumonografias prontas sobre o tema. No entanto, seja por sua própria funcionalidade, como pelo fato de estar normalmente exposta às intempéries e às descargas elétricas ambientais, estas demandam um sistema de aterramento que evacue os picos de energia que incidam sobre a s ubestação, transmitindo a carga para o solo. Desta feita, a monografia aqui apresentada vis a caracterizar os modelos de sistemas si stemas de aterramento aplicáveis às subestações de energia. OS SISTEMAS DE ATERRAMENTO A grande maioria dos si stemas elétricos precisa ser aterrada. Anteriormente a estática era descarregada por uma conexão a uma placa que estava em contato com a massa geral da terra. Esta prática continuou e se desenvolveu progressivamente, de modo que tais conexões aterradas se encontram em quase todos os pontos de um sistema elétrico. Isto inclui a estação geradora, suas s ubestações, as linhas e os cabos que distribuem a energia elétrica e os locais nos quais esta é utili zada. A necessidade desta conexão é considerada de cumprimento obrigatório na legislação de todos os países. Por exemplo no Reino Unido, a Electricity Supply Regulations, de 1988, cláusula 5, exige que todos os sistemas (isto é Geração, Transmissão e Distribuição)
sejam aterrados em um ponto. Isto não se estende efetivamente à instalação no interior de locais e conquanto é ainda a medida mais comum aterrar tais instalações, a norma (por exemplo via BS 7671:1992, Amendment 1, 1994, Requirements for Electrical Installations) aceita c ertas disposições não aterradas. Ainda quando o aterramento constitui uma parte intrínseca de um sistema elétrico, permanece em geral como um tema não suficientemente compreendido e com freqüência se refere a ele como uma arte escura, algumas vezes inclusive por engenheiros bem qualificados. Nos anos recentes, existem rápidos desenvolvimentos quanto a modelos de sistemas de aterramento, tanto a baixas freqüências como a altas freqüências, principalmente facilitados pelos novos recursos e procedimentos computacionais. Isto incrementou o entendimento do tema, ao mesmo tempo que a atividade de desenho chegou a ser significativamente mais difícil e as novas normas estão requerendo um desenho seguro e mais detalhado. Surge assim uma oportunidade para explicar mais claramente os conceitos de aterramento e uma necessidade que isto seja traspassado aos projetistas de sistemas de aterragem e aos instaladores, de modo que seja possível conseguir-se um maior entendimento do tema. Por aterramento, geralmente se entende como uma conexão elétrica à massa geral da terra, sendo esta última um volume de solo, rocha etc., cujas dimensões são muito g randes em comparação ao tamanho do sistema elétrico que está sendo considerado. A definição da IEEE de aterramento é: Terra (sistema de terra). Uma conexão condutora, seja intencional ou acidental, por meio da qual um circuito elétrico ou equipamento se co necta à terra ou a algum corpo condutor de dimensão relativamente grande que cumpre a função da terra É importante mencionar certas razões que mais freqüentemente são citadas para se obter um sistema bem aterrorizado: - Proporcionar uma impedância suficientemente baixa p ara facilitar a operação satisfatória das proteções em condições de falha. o
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Assegurar que seres vivos presentes na vizinhança das subestações não fiquem expostos a potenciais inseguros, em regime permanente ou em condições de falha. Manter as voltagens do sistema dentro de limites razoáveis sob condições de falha (tais como descarga atmosférica, ondas de manobra ou contato inadvertido c om sistemas de voltagem maior), e assegurar que não se excedam as voltagens de ruptura dielétrica dos isolamentos. Limitar a voltagem a terra sobre materiais condutivos que circundam condutores ou equipamentos elétricos.
Outras razões citadas menos freqüentemente, incluem:
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Estabilizar as voltagens fase a terra em linhas elétricas sob condições de regime permanente, por exemplo, dissipando carregas eletrostáticas que foram geradas devido a nuvens, pó, água, neve, entre outros. Uma forma de monitorar o isolamento do s istema de fornecimento de potência. Para eliminar falhas de aterramento com arco elétrico persistente. Para assegurar que uma falha que se desenvolve entre os sistemas de alta e baixa voltagem de um transformador possa ser manejada pela proteção primária. Proporcionar uma trajetória alternativa para as correntes induzidas e de tal mod o minimizar o “ruído” elétrico em cabos. Proporcionar uma plataforma equipotencial sobre a qual possa operar um equipamento eletrônico.
AS SUBESTAÇÕES DE ENERGIA O equipamento básico de uma subestação de energia é o transformador, seja este individual ou em grupo (por exemplo, um banco de transformadores), com seus respectivos elementos de conexão/desconexão de carga, como disjuntores termomagnéticos (breakers), seccionadores (s witches), barras (bus bars), comutadores, reatores, capacitores, pararraios, instrumentação, dispositivos de controle e outros meios de proteção ou operação específicos das atividades próprias de uma subestação em particular. Os elementos de conexão podem ser parte do transformador, em barras separadas, ou elementos de controle em outra equipe periférica, por exemplo um c entro de carga principal. Os níveis de tensão elétrica trifásica comuns nas redes de transmissão ou subtransmissão oscilam entre os 12,47 e os 245 KV, dependendo da região e das diversas subestações de distribuição do circuito interconectado nacional ou local e, geralmente, sua administração está no âmbito de atribuição das companhias geradoras de energia. Os circuitos primários, que recebem a energia transmitida, operam nos níveis de 4,16 a 34,5 KV. Utilizam -se para o fornecimento de cargas em áreas específicas, como um parque industrial ou uma urbanização. Os transformadores, que convertem e distribuem esta energia, variam desde os 10 até os 2500 KVA e se instalam nos postes da rede elétrica aérea, em pedestais ou enterrados. Os circuitos secundários, que levam a energia já em um nível de tensão útil para os usuários ao longo de vias de tráfego, auto-estradas, etc., podem ser monofásicos ou trifásicos. CONCLUSÃO Nos sistemas de transmissão de energia, é comum a presença de descargas atmosféricas que poderiam ingressar às instalações através de diversos meios, por impacto direto ou por correntes induzidas. Esta energia procura seu próprio caminho para chegar a terra utilizando conexões de alimentação de energia elétrica, de voz e de dados, produzindo ações destrutivas já que se supera o isolamento de dispositivos tais c omo plaquetas, retificadores, entre outros.
Para evitar estes efeitos, devem-se instalar dispositivos de proteção coordenados que para o caso de tensões excessivas superiores às nominais, formem um circuito alternativo a terra, dissipando tal energia. Através de um sistema de aterramento apropriado que assegure uma capacidade de dis sipação adequada. Finalmente outra fonte importante de distúrbios são as redes de energia elétrica, devido à comutação de sistemas e grandes cargas indutivas. Um Sistema de aterramento para os sistemas de comunicações deve oferecer um c aminho seguro para as descargas de correntes de falhas, descargas de raios, descargas estáticas e si nais de interferência eletromagnética e radiofreqüência (EMI e RFI). Um Sistema coordenado deve reduzir fundamentalmente a possibilidade de que surjam tensões importantes entre elementos metálicos adjacentes. Não obstante, é necessário adotar medidas suplementares, (protetores, descarregadores, dispositivos ativos de supressão de transitórios, etc.), em tudo o que esteja referido a cabos, conexões e possíveis vias de entrada de picos transitórios de energia que podem provocar danos de forma parcial ou total dos equipamentos. Por exemplo a distribuição de energia em fontes alternadas, linhas telefônicas, dados, tramas, cabos c oaxiais, multipares, entre outros.
