Projeto de aterramento/sistema de aterramento em uma rede de subestação

Projeto de aterramento/sistema de aterramento em uma rede de subestação

Introdução à rede de aterramento da subestação

Em alta e média tensão ^[1] Subestações Isoladas a Ar (AIS ) o campo eletromagnético , que causas são as cargas estáticas de cabos e condutores nus e pelas condições atmosféricas (surtos ), voltagens induzidas em partes sem transmissão da instalação que criam diferenças potenciais entre partes metálicas e solo e também entre diferentes pontos do solo .

Situações semelhantes podem ocorrer quando há falhas entre partes vivas da instalação e partes não vivas , por exemplo, em curto-circuito fase-terra .

Estas diferenças potenciais dar origem ao potencial de passos e potencial de toque , ou uma combinação de ambos , que pode levar à circulação de uma corrente elétrica pelo corpo humano , que pode causar riscos Para pessoas.

Tensão de toque (E _t ) pode ser definida como a máxima diferença de potencial que existe entre uma estrutura metálica aterrada suscetível de ser tocada pela mão e qualquer ponto do solo, quando flui uma corrente de falta.

É usual considerar uma distância de 1 m entre a estrutura metálica e o ponto no solo.

Tensão de passo (E_s ) é definida como a máxima diferença de potencial que existe entre os pés quando uma corrente de falta flui.

É usual considerar uma distância de 1 m entre os pés.

Um caso particular de tensão de passo é a tensão transferida (E_trrd ) :onde uma tensão é transferida para dentro ou para fora da subestação de ou para um ponto remoto externo ao local da subestação.

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Outros conceitos são :

• Aumento do potencial terrestre (GPR ): O potencial elétrico máximo que uma rede de aterramento da subestação pode atingir em relação a um ponto de aterramento distante assumido como sendo o potencial da terra remota. Essa tensão, GPR, é igual à corrente máxima da rede vezes a resistência da rede.
• Tensão de malha (E_m ): A tensão máxima de toque dentro de uma malha de uma grade de aterramento.
• Tensão de toque metal-metal (E_mm ): A diferença de potencial entre objetos metálicos ou estruturas dentro do local da subestação que podem ser superados por contato direto de mão a mão ou mão a pé.

O diagrama da Figura 1 mostra os fenômenos mencionados acima .

Figura 1 – Toque, passo e tensões transferidas

Para minimizar para valores aceitáveis das correntes através do corpo humano , para garantir a segurança elétrica para pessoas que trabalham dentro ou perto da instalação , e também para limitar qualquer eventual interferência elétrica com equipamentos de terceiros , AIS deve ser fornecido com um aterramento (ou aterramento ) sistema , ao qual todas as partes metálicas não energizadas da instalação devem ser conectadas , como estruturas metálicas, chaves de aterramento, pára-raios, invólucros de quadros elétricos e motores, trilhos de transformadores e cercas metálicas .

Uma vez que o aterramento tem influência nos níveis de sobretensões do sistema de energia e corrente de falha , e a definição de sistemas de proteção, o sistema de aterramento deve ser projetado para garantir que haja operação adequada dos dispositivos de proteção, como relés de proteção e pára-raios .

O projeto e a construção do sistema de aterramento devem garantir que o sistema funcione durante a vida útil esperada da instalação e, portanto, deve levar em consideração futuras adições e a corrente de falha máxima para a configuração final.

Sistema de aterramento é feito de uma malha de cabo de cobre nu enterrado , com hastes de aterramento adicionais , e deve ser calculado, sendo recomendado o uso de IEEE Std. 80-2000 .

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Fórmulas importantes para projetar um sistema de aterramento de rede de subestação

A seção transversal do cabo enterrado deve ser calculado de acordo com o valor da corrente de curto-circuito fase-terra , mas é comum usar a corrente de curto-circuito trifásico para este fim.

Para este cálculo, a seguinte fórmula deve ser usada :Onde:

• Eu”_K1 é a corrente de curto-circuito fase-terra [A ]
• t_s é a duração da falha [s ]
• Δθ é o aumento de temperatura máximo admissível [°C ] – para cobre nu Δθ =150 °C

De acordo com o referido Padrão IEEE máximo tolerável de passo e potencial de toque e corrente máxima tolerável através do corpo humano (eu_hb ) e a resistência da grade de terra (R_g ) são calculados pelas fórmulas:

Potencial de passo máximo tolerável

Potencial de toque máximo tolerável

Corrente máxima tolerável através do corpo humano

Resistência da Grade da Terra

Onde:

• C_s é o fator de redução da camada superficial e é calculado pela fórmula:
• t_s é a duração da falha [s ]
• ρ _s é a resistividade do material da superfície [Ω. m ] – valor típico para pedra britada/cascalho úmido: 2.500 Ω .m
• ρ é a resistividade da terra abaixo do material da superfície [Ω .m ]
• h_s é a espessura do material da superfície [m ]
• A é a área ocupada pela grade do solo [m ² ]
• l_T é o comprimento total enterrado do condutor, incluindo as hastes de aterramento [m ]

Se nenhuma camada de superfície protetora for usada, então C_s =1 e ρ _s = ρ

Esses cálculos geralmente são feitos usando um software específico .

Rede de aterramento da subestação

A Figura 2 mostra um exemplo da grade terrestre.

Figura 2 – Grade terrestre

Os métodos mais adequados para a conexão das conexões da rede de terra são :

a.) Soldagem exotérmica

Figura 3 – Soldagem exotérmica

Soldagem exotérmica é o processo de conexão permanente dos condutores que usa metal fundido e moldes , que é baseado em uma reação química entre óxidos metálicos (o condutor ) e pó de alumínio inflamado , que atua como combustível , com liberação de energia térmica . Esta reação química é uma composição pirotécnica conhecido como termite .

Deve-se garantir que o número de soldas exotérmicas realizadas com cada molde não excederá as indicações do fabricante.

• Leia também:Qual é a diferença entre neutro, terra e terra?

b .) conector C :

usando uma ferramenta de crimpagem hidráulica e matrizes com um tamanho adequado ao tamanho dos conectores .

Figura 4 – Conector C e ferramenta de crimpagem

Perto das caixas de controle de disjuntores, interruptores e isoladores deve ser instalado um tapete equipotencial metálico , conectado ao sistema de aterramento , semelhante ao mostrado na Figura 5.

Figura 5 – Tapete equipotencial metálico

É bom saber:

[1] Sendo U_n a tensão nominal da rede:HV – U_n ≥ 60 kV; MV – 1 kV n ≤ 49,5 kV .

Sobre o Autor:Manuel Bolotinha

-Licenciatura em Engenharia Electrotécnica – Energia e Sistemas de Potência (1974 – Instituto Superior Técnico/Universidade de Lisboa)
– Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universidade de Lisboa)
– Consultor Sênior em Subestações e Sistemas de Potência; Instrutor Profissional