TCC Cálculo da malha de aterramento da subestação de uma usina termoelétrica

Bruno César Ferreira Lopes

Lucas Soares TeixeiraThiago André Resende

Vieira

Trabalho de Conclusão de CursoInstituto Unificado de Ensino Superior

Orientador: Fabrício Luís Silva

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IntroduçãoFundamentos sobre aterramentoProcedimentos de aterramento de uma subestaçãoDimensionamento do aterramentoConclusão

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Conteúdo

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Dimensionar um sistema de aterramento para uma UTE que esteja dentro dos parâmetros aceitáveis.

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Introdução

Objetivo

Justificativa Proteção dos equipamentos e segurança das pessoas.

Calcular uma malha de aterramento garantindo continuidade no sistema elétrico e segurança das pessoas.

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Fundamentos sobre aterramento

Os principais objetivos do aterramento são:

-Proporcionar uma superfície equipotencial no solo onde estão colocados os componentes da instalação elétrica e onde as pessoas estão pisando;

-Segurança das pessoas;-Proteção de equipamentos ;-Caminho de baixa impedância e/ou potencial de

referencia;-Escoamento de cargas estáticas;

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Eletrodo de aterramentoConceito

Eletrodo de aterramento – Malha de aterramento

Tipos de Eletrodos:

Eletrodo Natural e Eletrodo Convencional

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Gradientes de potencial associados a malha de terra

Distribuição de potencial no interior de uma malha

Linhas de equipotencial um uma malha de aterramento13/04/23 7

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Gradientes de potencial associados a malha de terra

Quanto maior for a malha básica maior será a elevação de potencial no interior da malha, de forma qualitativa a figura mostra a variação de potencial em relação dimensão da malha básica..

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Estratificação do solo

Conceito

Utiliza a estratificação é utilizada para determinação do tipo do solo e se o mesmo precisa ser tratado

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Método utilizado

Foi utilizado o método de duas camadas.

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Resistividade do solo

Para que calcular a resistividade do solo?

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Método utilizado

Foi utilizado o método Wenner

Formula da resistividade do solo

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Método WennerDesenvolvido pelo Dr. Frank Wenner em 1915

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Esquema de ligação Configuração do método

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Introdução

• Etapas envolvidas no projeto;

•Fatores condicionantes do projeto;

• Segurança de pessoas;

• Resistência de aterramento;

• Método megger.

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Etapas do projeto

• Passo 1: Entrada dos dados básicos de projeto;

• Passo 2: Definição das tensões de passo, toque e corrente máxima

suportável pelo ser humano;

• Passo 3: Arranjo dos condutores da malha

• Passo 4: Comparar os valores de tensão de passo e de toque com os

definidos no Passo 2;

• Passo 5: Revisar o projeto da malha de aterramento.

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Fatores condicionantes de projeto

Promover meios para que o sistema funcione conforme projetado;

Segurança de pessoas.

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Faixa de corrente tolerável pelo corpo humano

Efeito da Amplitude e da duração:

A abaixo mostra o efeito da corrente em pessoas com massa corpórea ≥ 50,0kg

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Efeito da frequência

• Efeito da corrente contínua;

• Efeito de correntes de frequência elevada.

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Tensão de toque e tensão de passo

Dentre as definições dos potenciais que determinam a segurança de um aterramento, foram consideradas:

Tensão de Passo;

Tensão de Toque;

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Efeitos da corrente elétrica no corpo humano

Varia de um autor para o outro, mas na prática os limites se baseiam conforme tabela abaixo:

EFEITO FISIOLÓGICOCorrente (mA)

Homem Mulher

Ausência da sensação das mãos. 1,2 0,6

Nível limiar de percepção. 5,2 3,5

Choque desconfortável, mas não doloroso; controle muscular mantido. 9 6

Choque doloroso, para 99,5% das pessoas testadas, mas ainda com controle muscular mantido.

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Resistência de aterramento

Condutor de corrente;

Dispersão da corrente;

Características do solo.

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Medição da resistência de aterramento

O que é necessário para efetuar uma mediação?

- Simplesmente a obtenção de um circuito elétrico.

- A medição é efetuada em vários pontos (por posição)

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Método do megger

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Medição da resistividade do solo

Terrômetro digital MTD-20kweTemperatura de operação de -10 °c a 50 °cPrincipais aplicações

Terrômetro digital 13/04/23 24

Procedimento

Eletrodo enterrado no solo13/04/23 25

Medição da resistividade do solo

Resistividade - (Ω)(m) A B C D

2 879,65 919,86 919,86 875,88

4 753,98 1.004,05 1.004,05 917,35

8 854,51 1.447,65 1.447,65 1.221,45 16 1.213,41 1.146,05 1.146,05 1.065,63

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Desvio relativo

Desvio relativo a média - (Ω)(m) A B C D

2 1,82% 6,47% -9,67% 1,38%

4 -17,07% 10,44% 5,74% 0,90%

8 -19,53% 36,33% -31,83% 15,03%

16 7,46% 1,49% -3,32% 5,63%

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Corrente de curto-circuito

Icft Corrente de curto-circuito fase-terra MÁXIMA 77.007,00A

Icft Corrente de curto-circuito fase-terra MÍNIMA 348,07ATf Tempo de duração da falha em segundos 0,5 seg.

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Diagrama das impedâncias do sistema

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Seção mínima do cabo da malha de aterramento

Condutor deve ser determinada em função da corrente de curto-circuito.

Beta = 0,81 – para fios ou cabos com condutividade de 30%

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Verificação da tensão de passo

Tensão máxima de passo (Epa):

3.133,90 (V).

Tensão de passo existente na periferia da malha (Eper):

39,38 (V).

Se a tensão máxima de passo for maior que a tensão de existente na periferia da malha, condição satisfeita.

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Verificação da tensão de toque

Tensão máxima de toque (Etm):

902,27 (V).

Tensão de toque existente (Ete):

57,22 (V).

Se a tensão máxima de toque for maior que a tensão de toque existente, condição satisfeita.

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Verificação das correntesCorrente máxima de choque (Ich):

164,05 (mA).

Corrente de choque existente devido à tensão de passos sem brita na periferia da malha (Ipmsb).

6,55 (mA).

Se a corrente de choque existente for menor que a corrente máxima de choque, condição satisfeita.

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Verificação das correntes

Corrente de choque existente na periferia da malha devido à tensão de passo, com camada de brita (Ipmcb):

1,64 (mA).

Se a corrente de choque existente for menor que a corrente máxima de choque, condição satisfeita.

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Verificação das correntes

Corrente de choque devido à tensão de toque existente, sem brita (Ipmsb):

25,40

(mA).

Se a corrente de choque , devido a tensão de toque existente, for menor que a corrente máxima de choque, condição satisfeita.

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Verificação das correntes

Corrente de choque devido à tensão de toque existente, com brita(Ipmcb):

8,47

(mA).

Se a corrente de choque , devido a tensão de toque existente, for menor que a corrente máxima de choque, condição satisfeita.

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Resistência da malha

Condição de Rmc ≤ 5Ω (para tensões acima de 69 kV) (Rmc):

4,46 (Ω).

Obs.: Resistência da malha calculada foi de 4,44 Ω, e a média das resistências medida na SE foi de 4,3 Ω.

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Resistência da malha

Resistência Total da Malha (Rtm): => O valor que representa as

resistências combinadas das hastes de terra:

4,44 (Ω).

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Tipo de conexão utilizada

Molde é o cadinho, para cabo de cobre nu de seção 95mm².

Cadinho para conexão tipo (T)

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Conexão exotérmica .

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Conexão exotérmica tipo (X)Conexão exotérmica tipo (T)

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Montagem da malha

Escolha do Terreno13/04/23 41

Montagem da malha

Conexão com solda Exotérmica13/04/23 42

De acordo com o nosso objetivo proposto, que era dimensionar a malha de aterramento da subestação da UTE Palmeiras e seguindo os métodos utilizados para tal fim, tivemos um excelente resultado.

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