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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, é de fundamental importâ~

oia, o conhecimento prévio do valor da resistividade do solo, onde será construido 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 deconstruido.

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 sao os que contém

residuos vegetais, turfosos, em 10~bis pantanosos, nas profufldszas doe valese nas margens de rios. Os solos que apresentam os mais altos são arenoso~ osrochosos, em locais altos e desprovidos de vegetação, nos desertos, e.c.

A seguir é demonstrado nas figuras 1 e 2 exemplo de diferente con-dições de solo e profundidades, como a curva dos valores obtidos.

AREIA~

COMPACTAOA ..' ..~ fL15- 4,5 --- -- - - g~ >-

AREIA MISTURAOA -~ COM ARGILA ~- - - - '" I-2'- S ----------------- Q -- - -- --- - -- "'-- -

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SOLO

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RESISTÊNCIA EM OHMS.'00".

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Fig.1 Eletrodo mais profundos'melhor~s resistências_ Estegrifico ~ostra a relaçio ehtre o tipo de solo e a -resistência de terra com a profundidade crescente -da haste.

-01-

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0'.1 2 3 4 5 6 7 8 9 . 10 IIPROFUNDIDADE EM PES 1

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PROFUNDIDADE E~ METROS .3m

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O EFEITO CALCULADO NA -RESISTÊNCIA ( DE UM TIPOO DE SOLO) COM ELETRODO A -

~ VÁRIAS PROFUNDIDADES.O -\ BASEADO EM SOLO UNIFORME

O EM TODAS AS PROFUNDIDADES .. ' -CIRCULAR N~108 DO

O " "NACIONAL BUREAU OF -.. STANDARaS" ( USA)

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Fig.2 - Grãfico mostrando a relação entre a profundidade e a resis-tência do solo com a mesma resistividade unifol"me em todasas profundidades. Nas condições usuais de campo, os solosmais profundos são mais umidos e as vantagens de maiOI" pen~tração se tornam mais pronunciadas.

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-02-

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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 aterramentosa eficácia de aterramento foi eensivelmente melhorada, surgindo dai a malhade terra, com finalidades:

a - Melhoria de opera9ão e temporiza9ão dos relés do sistema de pr.2te9ão, 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 deacidente pessoal e capacidade adequada para transporte de cor-rentes de curto-circuito.

c - Providenciar potencial uniforme entre as estruturas, em todasa área da subestação, ou usina, protegendo contra tensões perlgosas que possam surgi~ du~ante um curto fase-terra, não ofer~cendo riscos aos operadores ou pessoas que estejem circulandonas proximidades.

A tecnologia do aterramento de instala9ões elétricas é uma tecnol.2gia em constante aprimoramento. A necessidade de evolu9ão resulta do aumentoda importância dos sistemas de terra como decorrência do aumento de potênciados sistemas elétricos, do snorme desenvolvimento das lelecomunica9ões, dasinstala9ões fabris, prádiais e residênciais. Os riscos de vida aumentam nes-sas instala9ões quer por descarga atmosféricas quer por corrente de curto-circuito, ou por interruP9ões no sistema de terra. O que se visa com O ater-ramento é ~v~.ar os principais acidentes que são mostrados esqusmaticamentemas figuras nQ J e 4.

Com o aparecimento de altas correntespara a terra o potencial da haste deaterramento. e a torre da linha sooeme aparece no homem à distância uma s.2bre tensão LV que pode ser fatal.Este potencial diminui quando a resi~tencia de terra diminui. O sistema demalhas, de blindagem e de ili.erliga-ção minimizam o efeito.

Figura 3

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-03-

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As correntes de descarga u~ pára-raioselevam o potencial das hastes de terrae de tODo equ.l.pamentoa ela ligado.Descargas impreviatas podai" ocorrer em

pontos perigosos para o equipamento epara o homem. C ne~essário diminuir asresistBncias da ~erra.

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•Figura 4

Teoricamsnte aumentando o número de condutores soterraoos, diminulmos a resistencia de aterramento. O ideal seria, entao uma placa Ii,a~.i.çade c,2bre soterrada, O que é, naturalments antieconomico. Além oisso, após um cer-to comprimento ds conuutores, o seu aumento contribui cads vez menos para dlminuição 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 distribuirá tão efetivamente, prejuuicando a o.l.SperSboe, portanto, o aterrame~to.

ADeve-se então, para alcançar o objetivo de menor resistencia de te.rra, lançar mão de outros parâmetros, como por exemp.i.o,profundidade da malhadiâmetro dos condutores, separação entre elee.

02 - CONSTRUCÃO DE MALHA DE TERRA

Para projetar a malha de terra devem ser considerados os eeguintesitens:

2.1 - Resistividade do SoloA resistividade do solo deve ssr medida. Entretanto, se nBO houver

possibilidade de medição, adota-se UI" valor de a,;;ordo••om o tipo de s,2lo:

Tipo de Solo Resistividade em Ohms x mSolo orgânico • 10umiooSolo com lama 102Solo . 10>secoLeito rochoso 104

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2.2 - Rssist~ncia dos Cabos Pára-Raios e Resistência das Torres

Quando não houver possibilidade de se conhecer esses valores em s~parado, supoe-se um valor de BalO ohms para a resistSncia à aseociação dasresistências dos cabos, p!ra-raios e tensões existentes ao redor da subesta-ção e 1 ou 2 kmde 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 numa áreaequivalente.

03 - C~LCULOS DA MALHA DE TERRA

- Projeto Preliminar

Neceesário uma hipótese da configuração da rede, de maneira que umadistância"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 colocadosna direção correspondente à largura da malha. E de cabos condutores de ju~ção aqueles que são colocados na direção correspondente ao comprimento darede.

04 - CONSTRUC~D DA MALHA

a - Colocacão de Cabos

Os cabos deverão ser estendidos nos dois sentidos da área a sercontruida a malha. Caso haja alguma base de equipamento no local em queo cabo esteja sendo lançado, admite-ee um maior espaçamento, desde quenao implique na redução do tamanho da malha, ou nos valores previstos.

b - Colocacão das Hastes

o número de hastee a serem colocados a instalar pode ser calculadomas de modo geral a distribuição se processa de maneira descrita abaixocolocando hastes junto aI

1 - Transformadores (neutro)2 - Pára-Raios3 - Reguladores (neutro)4 - Angulos agudos, canto da malha (3 a 4 hastes) e nos quatros ângulos

da casa de comando.5 - Periferia interna e externa da malha: de 10 em 10 m aproximadamente

ou de 12 em 12m.

Normalmente a haste é de Copperweld, seu comprimento é fixado em3m e bitola 3/4".

-05-

c - formato da Malha

Para evitar que haja grande concentração de potencial nos cantos damalha, devemos dar um formato aproximadamente elíptico ou arredondado àmalha, conforme figura n~ 5.

figura 5

Outro método para evitar grandes valores de potencial de passo naperiferia, ou potencial de toque na cerca, é rebaixar a malha conforme afigura n~ 6.

Figura 6

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

kVA

Acima: 10.0005.000 a 10.0001.000 a S.OOO

500 a 1.000100 a 500Até 100

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12 ~

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-06-

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Figura 7

Procedimento na aplicação doelemento químico, próximohaste de terra.

05 - TRATAMENTO QUfMICO DO SOLOO 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 hastesão típicos de utilização do tratamento químico que pOderá reduzir de 15 a90% 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 eletroli-tos nas proximidades dos eletrodos.Ambas diminuem as variações sazonaisde 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" , A ,escavaçoes.5ua util~zaçao e mais economica que o aumento do numero de ele-trodos. As soluções de eletrólitos podem ser divididas em dois grupos, asque formam gels e as que nao-formam. Ambas sao aplicadas nas pr~ximidades das hastes, para aumentarsuas dimensões efetivas.

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"Tratamento químico na COPEL, no primeiro trimestre de 1976, comLABORGEL" •

Este produto é constituído de diversos sais que combinados formam, " 1 1 '"dum gel higroscopio, quimicamente estavel, inatacave pe os ac~ os contidos

na terra,reduzindo a resistência ôhmica de terra em mais 50%.Os produtos das soluções que não formam gels insolúveis são dissol-

vidos com facilidade pelas águas pluviais, sendo gradativamente removidos, -'de proximidade dos eletrodos.Ha necessidade de remoça0 periodica do trata-

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 intensidadeda chuva e pela porosidade do terreno.As soluções que formam gels insolú-veis,reduzem as resistências de maneira razoável permanentes,pois têm seusefeitos reduzidos levemente apenas pela ação de arraste das águas da chuva.

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-07-

06 - MEDIDAS DE RESISTIVIDADE

Na COPEL utilizamos dois processos, a saber.a - Megohm!metro

b - Vibrograund ~

- Procedimentos de Medicão V'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 umdos 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. Pode-mos tomar v';ries medições, consideranoo a distância do eletrodo C2 fixa e va-r1ando a distância entre o eletrodo P2 e a malha. Efetuando medições considerando P~ próximo à malha e deslocando-o em direção do eletrodo C2, obtemosuma curva semelhante à curva A da figura n2 9

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Figura 9

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

o eletrodo C2 deve ser colocado fora do alcance da malha de terra,numa região onde a densidade da corrente, fluindo no subsolo, se aproxima dovalor nulo. Para grandes sistemas de aterramento, a densidade de corrente éo gradiente de potencial só se tornam despreziveis, à distâncias superiores,a 300m, tornando-se muitas vezes, impossivel de se executar o teste pelo mé-todo descrito.

Interligacão de Aterramentos

Como já foi descrito anter10rmen~e todos os ~omponentes de uma unldade (Usi"as e Subestações), estão interligados a mesma malha (inclusive ce.!.cas), como também as oema1S unidades por: condutores subterraneos (contra p~

) ..so e aeraos (cabo guarda).A~ém de proporcionar a interconexão dá proteçao a rede contra des-

cargas 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 nor-mais os fios s cabos de interligações transportam pequenas corrente; as cor-rentes sobem a grandes valores nas situações anormais de descargas atmosférlcas e de curto-circuito DO sistema elétrico. Assim sendo o ~imensionamento éorientado mais pur estas condições anormais quando se exige robustez mecâni-ca em temperaturas elevadas, grande capacidade ~écn1ca e resistência à corr£sao 00 so~o. ~ portanto aloamente recomencavel o emprego de aço com proteçãode cobre, ou seja, rios para o "contrapeso" e cabos de illterligações "coppe.!.weld" •

Estas composiçoes apresentam conou~ic11idade em relação a do cobrepuro, 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 econstruil.los.

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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