Avaliao dos Campos Eletromagnticos das Subestaes 138 kV da Elektro

Ernesto Alberto Mertens Jr. e Madjer Mairo Santos de Oliveira Elektro Eletricidade e Servios S.A. Rua Ary Antenor de Souza, 321, Jardim Nova Amrica, Campinas SP

Ricardo Luiz Arajo EMField Engineering do Brasil Rua Vereador Constante Pinto, 256, Unidade 203, Bacacheri, Curitiba PR

Resumo Em virtude da publicao da resoluo normativa n 398/2010 da ANEEL, que dispe sobre os limites exposio humana a campos eltricos e magnticos originrios de instalaes de gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica, na freqncia de 60 Hz, a Elektro iniciou uma campanha de medio dessas grandezas nas suas instalaes de 138 kV. Este artigo mostra a metodologia utilizada nessas medies, feitas pela empresa EMField, os resultados dessas medies e as concluses, alm de um exemplo prtico das medies realizadas em uma das 76 subestaes da distribuidora.

Palavras-chaves Campo magntico, campo eltrico, subestao, baixa freqncia, medio, exposio.

I. INTRODUO

Os efeitos da exposio humana aos Campos Eltricos e Magnticos dependem principalmente da intensidade e da freqncia dos mesmos. Tais campos so divididos de modo simplificado em trs categorias: Estticos, Baixas Freqncias e Altas Freqncias. Os campos gerados por sistemas de energia eltrica so os campos de baixa freqncia, os quais induzem correntes no organismo, que, dependendo da intensidade, podem causar efeitos no funcionamento no corpo humano. Atualmente, existe uma grande preocupao com a exposio humana a campos eltricos e magnticos, inclusive os gerados por instalaes eltricas. Um agravante desse problema o nmero de pessoas expostas aos campos de baixa freqncia (60 Hz), que cresceu muito rapidamente nos ltimos anos, devido grande expanso do setor de energia eltrica. Em estudos realizados por um grupo de trabalho envolvendo peritos da IARC (International Agency for Research on Cancer), ligada Organizao Mundial da Sade OMS, os campos de baixa freqncia foram classificados como Possivelmente carcinognicos para humanos. Entretanto, trata-se de uma classificao usada para um agente que apresenta evidncias limitadas (possvel mais pouco provvel). Para se ter um exemplo, o caf est classificado na mesma categoria (pode aumentar o risco de cncer renal).

Mertens, E. A., ernesto.mertens@elektro.com.br, Oliveira, M. M. S., madjer.oliveira@elektro.com.br , Tel. +55-47-3221-6020, Fax +55-47-3221-3790; Arajo, R. A. , ricardo@emfield.com.br, Tel. +55-41-3044-0197, Fax +55-41-3044-0197.

Atravs da aplicao do chamado principio de precauo, e visando o gerenciamento deste eventual risco para a populao, o poder pblico sancionou a Lei 11.934 de 05/05/2009, visando o estabelecimento de limites para a exposio humana aos campos de baixa freqncia. A fiscalizao do atendimento aos limites estabelecidos por empresas de transmisso gerao e distribuio de energia eltrica ficou a cargo da ANEEL. Com base nesta necessidade foi publicada pela Agncia a Resoluo Normativa N 398 de 23/03/2010. A Resoluo 398/2011 tem por objetivo regulamentar a Lei 11.934, no que se refere aos limites exposio humana a campos eltricos e magnticos originrios das instalaes de energia eltrica (60 Hz). A verificao do atendimento aos limites estabelecidos envolve o pblico em geral e o pblico ocupacional (trabalhadores que exercem atividades em reas energizadas). Frente ao exposto, o presente trabalho visa apresentar o resultado das medies efetuadas nas Subestaes de 138 kV na rea de concesso da Elektro.

II. METODOLOGIA DE MEDIO

A. Procedimento de medio

As medies foram realizadas em conformidade com as recomendaes da norma tcnica ABNT NBR 15415:2006. O instrumento de medio foi disposto sobre um trip de madeira (dieltrico), com a sonda posicionada a uma altura de 1,5 m em relao ao solo. Este arranjo pode ser visto na Fig. 1. Durante as medies o operador manteve-se a uma distncia mnima de 2 metros do instrumento. Tais providncias so necessrias para se evitar possveis interferncias sobre os nveis medidos, especialmente de campo eltrico, altamente susceptvel a perturbaes.

Fig. 1 Equipamento utilizado nas medies

Os valores de campo eltrico e de campo magntico medidos, referem-se componente resultante (R) do campo medido nos trs eixos cartesianos coordenados (x,y,z) conforme apresentado na Fig. 2. O medidor utilizado tipo isotrpico, apresentando diretamente o vetor resultante do campo eltrico e magntico alm de realizar medies simultneas de campo eltrico e magntico o que abrevia sensivelmente o trabalho de caracterizao dos nveis de campo de uma instalao.

Fig. 2 - Eixos cartesianos coordenados e o vetor resultante

O medidor de campo eltrico e magntico teve seu filtro selecionado para coletar valores true RMS de campo situados entre 5 Hz e 2 kHz, registrando assim o campo resultante da componente fundamental em 60 Hz, alm das contribuies de possveis componentes harmnicas at a trigsima primeira ordem. O instrumento possui incerteza de medio de 5 % do valor medido para campo eltrico e para campo magntico. Tal incerteza tpica para este tipo de medio uma vez que o instrumento e seu trip causam impreterivelmente uma distoro nos campos a serem medidos, especialmente no campo eltrico.

B. Escolha dos locais de medio

Os pontos de medio foram definidos em conjunto pela Elektro e pela EMField. Os locais escolhidos so caracterizados pela circulao ou permanncia de trabalhadores durante suas atividades de rotina com os equipamentos energizados. A norma tcnica ABNT NBR 15415:2006 no estabelece o nmero de pontos a serem medidos para a caracterizao dos campos gerados por uma instalao. Desta maneira foram realizas medies exploratrias em aproximadamente 45 pontos por subestao. Tal amostragem permite a avaliao segura dos nveis de campo da instalao. Foi dada preferncia para a realizao das medies em locais com maior probabilidade de apresentar campos eltricos e magnticos intensos como por exemplo: embaixo de condutores energizados, nas proximidades do tanque de transformadores de fora, na proximidades de equipamentos de manobra dentre outros. Este estudo no se aplica a trabalhos em linha viva dentro das zonas de risco estabelecidas para cada nvel de tenso presente na instalao.

C. Rastreabilidade das medies

No Brasil, no existe atualmente nenhum laboratrio credenciado pelo INMETRO para a calibrao de medidores de campo eltrico e magntico em baixas freqncias. Sendo assim o equipamento empregado neste estudo calibrado anualmente na sede do fabricante, na Alemanha, e possui rastreabilidade aos padres mundiais atravs do DKD (Laboratrio Oficial de Metrologia do Governo Alemo). Adicionalmente calibrao anual, ao longo do estudo apresentado neste artigo os instrumentos utilizados nas medies tiveram seu desempenho acompanhado no laboratrio da prpria EMField, que, apesar de no ser credenciado pelo INMETRO, possui rastreabilidade aos padres nacionais. Tal procedimento foi adotado a garantia da confiabilidade das medies devido ao manuseio intenso dos instrumentos em campo, o que pode causar danos nos mesmos devido a choques mecnicos, variaes bruscas de temperatura alm de vibraes durante o transporte. Na Fig. 3 apresentada a Bobina de Helmholtz empregada para a calibrao interna de campo magntico. O campo eltrico calibrado em um capacitor de placas paralelas com espaamento de 1 metro entre as placas e rea de 2 metros quadrados. Tais artefatos de calibrao possuem suas incertezas perfeitamente definidas, no entorno de 1 %.

Fig. 3 Bobina de Helmholtz

III. VALORES DE REFERNCIA PARA A EXPOSIO A CAMPOS ELTRICOS E MAGNTICOS

Para a avaliao dos resultados obtidos nas medies, foram utilizados os limites de exposio definidos pela Comisso Internacional de Proteo Contra Radiao No Ionizante ICNIRP, que so reconhecidos oficialmente pela Organizao Mundial da Sade OMS. A Lei Federal 11934 de 2009, complementada pelas Resolues Normativas ANEEL 398/2010 e 413/2010,

definem que os limites de exposio a campos eltricos e magnticos de baixa freqncia a serem respeitados no Brasil so os definidos pela ICNIRP/OMS. Frente ao exposto, os limites de exposio a serem obedecidos no pas so apresentados na Tabela 1, abaixo.

TABELA 1 - VALORES DE REFERNCIA PARA CAMPO ELTRICO E MAGNTICO EM 60 HZ

Referncia Campo Eltrico Campo Magntico (Densidade

de Fluxo Magntico) Populao em geral 4,17 kV/m 83,33 T

Trabalhadores 8,33 kV/m 416,67 T

IV. EXEMPLO PRTICO: SUBESTAO MIRANDPOLIS

Para um melhor entendimento da metodologia utilizada nas medies e na anlise dos resultados encontrados, a seguir exemplificado o procedimento de medio da intensidade dos campos eltricos e magnticos na subestao Mirandpolis, situada na cidade de mesmo nome no estado de So Paulo.

A. Coleta de Dados

O relatrio de medio dos campos eltricos e magnticos de uma subestao deve possuir uma srie de informaes relevantes que permitem o rastreamento das condies ambientais e de operao da instalao e que permitem a realizao de medies comprobatrias caso seja necessrio. Os dados mnimos segundo a Resoluo ANEEL 398/2010 so os seguintes:

Data e horrio das medies; Situao de carregamento mdio da instalao ao

longo do perodo de medio; Temperatura durante o processo de medio.

Adicionalmente aos dados obrigatrios, os relatrios de medio das instalaes da Elektro contaram ainda com o registro da umidade relativa do ar e tambm com a descrio detalhadas das condies fsicas da instalao em anlise como equipamentos fora de operao, obras em andamento ou outras. As medies foram realizadas com as subestaes operando sempre na condio de carga pesada. As medies na subestao Mirandpolis foram executadas em 22/11/2010, das 10h15min s 11h50min. A temperatura observada era de 28,6 C e a umidade relativa do ar, 37%. Todos os equipamentos da subestao operavam normalmente nesta data com exceo do transformador de fora TR-1 que operava como reserva quente. Para a medio da temperatura e umidade foram utilizados termo higrmetros portteis devidamente calibrados.

B. Definio dos pontos de medio

Os pontos de medio na SE Mirandpolis foram definidos com base na planta da instalao, na observao da mesma

em campo e em informaes fornecidas pelo pessoal de operao ou manuteno da Elektro. Foi dada prioridade para a escolha de locais com maior circulao de pessoas no ptio, locais de maior necessidade de longas permanncias e situaes especiais como cabos a baixas alturas. Na Fig. 4, feita a caracterizao de cada um dos pontos em que as medies foram realizadas. Os pontos em vermelho so os pontos referentes exposio da populao ocupacional, enquanto que os pontos em azul se referem populao em geral. No total, 42 pontos foram medidos na SE Mirandpolis, sendo que, na parte superior da Fig. 4 so apresentados os cubculos de 13,8 kV, no centro esto localizados os dois transformadores de fora e na parte inferior, o setor de 138 kV. Cada ponto possui marcao adicional via GPS para que o local seja perfeitamente identificvel.

Fig. 4 Pontos de medio

Na Fig. 5, pode-se observar o ponto de P12 durante a medio, em frente ao comando da seccionadora 16229-10.

Fig. 5 Ponto de medio P12

C. Resultados das medies pblico ocupacional No interior do ptio da subestao, para o pblico ocupacional os maiores nveis medidos de campo magntico foram nos seguintes pontos:

P31 (em frente ao cubculo 16252-3, disjuntor geral de baixa do TR-2) = 23,1 T;

P33 (atrs do cubculo 16252-3, disjuntor geral de baixa do TR-2) = 22,5 T;

P18 (prximo ao tanque do TR-2) = 12,3 T.

Para o campo eltrico os maiores nveis medidos so: P7 (Vo entre o disjuntor 16252-1 e a seccionadora

16229-9, embaixo da fase C) = 3,68 kV/m; P9 (sada da seccionadora 16229-10, embaixo da

fase A) = 3,62 kV/m; P5 (Vo entre o disjuntor 16252-1 e a seccionadora

16229-9, embaixo da fase A) = 3,61 kV/m.

Na Fig. 6, pode ser observado o ponto P7, que apresentou o maior valor de intensidade de campo eltrico. O local tpico na maioria das subestaes da Elektro, ou seja, embaixo de um dos condutores de interligao de um equipamento de manobra/chaveamento em uma regio com pouca massa metlica.

Fig. 6 Ponto de medio P12

D. Resultados das medies pblico em geral

As medies referentes exposio do pblico em geral foram realizadas nas imediaes da subestao, em pontos de vias pblicas, abertas ao trnsito da populao. Para esses pontos, temos os piores casos para campo eltrico e magntico apresentados abaixo:

Campo magntico: P36 (embaixo da sada do alimentador AL07) = 2,46 T

Campo eltrico: P39 (Embaixo da entrada do circuito 2 da LT) = 0,728 kV/m.

E. Relatrio de Medio Com base nos dados coletados e nas medies efetuadas cada subestao recebe dois relatrios. O primeiro relatrio em formato PDF lista os procedimentos de medio, os

resultados encontrados, caractersticas operacionais da instalao bem como caractersticas ambientais. Tal relatrio conclusivo e indica pontos que tenham extrapolado os nveis mximos estabelecidos pela Resoluo 398/2010 alm de eventuais recomendaes tcnicas pertinentes. O segundo relatrio do tipo XML, formato pelo qual a ANEEL pode rapidamente analisar e disponibilizar ao pblico seja interno ou externo os resultados de uma medio. No caso da SE Mirandpolis, com base nas medies efetuadas, cujos resultados esto muito abaixo dos limites de exposio, a concluso do relatrio indica que a instalao est em conformidade com o estabelecido pela OMS/ICNIRP e Resoluo 398/2011. Tal procedimento atende completamente os requisitos tcnicos e burocrticos estabelecidos pela resoluo.

V. RESULTADOS DO ESTUDO

Os resultados das medies deram origem a planilhas individuais para cada uma das subestaes em estudo. Tais planilhas foram analisadas caso a caso para a definio dos pontos de em que o campo eltrico e magntico apresentam maior intensidade semelhana da anlise feita para a Subestao Mirandpolis. A seguir so apresentados os resultados compilados do estudo.

A. Compilao pblico em geral No conjunto das subestaes da Elektro no foi identificado qualquer ponto que viesse a transgredir os limites estabelecidos pela Resoluo Aneel 398/2010 para a exposio da populao em geral. Na prtica os maiores valores medidos para a exposio da populao encontram-se sempre distribudos em dois locais distintos das instalaes analisadas:

Campo eltrico mximo: na proximidade das sadas de linhas de transmisso em 138 kV;

Campo magntico mximo: na proximidade das sadas dos alimentadores de distribuio em 13,8 kV.

B. Compilao pblico ocupacional

semelhana dos nveis medidos para a exposio da populao, os nveis medidos no ptio das subestaes da Elektro apresentam valores mximos distribudos em regies extremamente bem definidas das instalaes. Os valores mximos medidos para o campo magntico concentram-se sempre em 3 regies das subestaes, invariavelmente nos setores de mdia tenso (13,8 kV). Na Fig. 7 apresentada a distribuio percentual de cada uma das regies.

Fig. 7 Distribuio Percentual Campo Magntico Exposio Ocupacional

Em 11,8 % das subestaes da Elektro foram encontrados nveis de campo magntico que superam o limite mximo estabelecido para a exposio ocupacional. Nestes casos o local sempre o mesmo, ou seja, na proximidade de cabos de 13,8 kV isolados, em trechos de transio entre circuitos areos e subterrneos no ptio das subestaes. Este tipo de local apresentado na Fig. 8.

Fig. 8 Local Tpico em que o Limite de Exposio ao Campo Magntico Superado

Os mximos valores medidos para campo eltrico concentram-se tipicamente em apenas 4 diferentes regies das subestaes, sempre no setor de 138 kV conforme pode ser verificado no grfico da Fig. 9.

Fig. 9 Distribuio Percentual Campo Eltrico Exposio Ocupacional

Em apenas uma subestao da Elektro, em um nico local, o nvel de campo eltrico medido extrapolou o limite mximo estabelecido pela Resoluo ANEEL 398/2010. O ponto est situado junto ao painel de comando de um disjuntor de 138 kV cujo acesso feito atravs de uma escada metlica prxima ao condutor energizado. Trata-se de um equipamento antigo em uma situao atpica no ambiente da empresa. A Fig. 10 apresenta este local.

Fig. 10 Local em que o campo eltrico tem o limite de exposio ocupacional extrapolado

V. CONCLUSES Com base nos dados encontrados nas medies e na boa amostragem realizada, pode-se afirmar com preciso que todas as subestaes em 138 kV da Elektro possuem um baixo impacto ambiental no que se refere aos campos eltricos e magnticos gerados pelas mesmas, no sendo este um fator de risco para a populao em geral, conforme orientao da OMS/ICNIRP e da Resoluo ANEEL 398/2010. Para a populao ocupacional sero aplicadas as seguintes medidas corretivas para os poucos casos em que os limites mximos foram extrapolados:

A. Para o Campo Eltrico O nico caso em que o limite de exposio ocupacional ao campo eltrico foi extrapolado ser tratado na forma da realizao de um estudo tratado pela Resoluo ANEEL 398/2010 com a nomenclatura de Relatrio de Conformidade. Trata-se de um estudo em que o tempo de exposio levado em considerao, alm de outros clculos visando a verificao do atendimento s Restries Bsicas recomendadas pela Organizao Mundial da Sade [1]. Como o local raramente visitado por funcionrios da Elektro e quando necessrio, o tempo de permanncia mnimo, esta a soluo mais adequada para o problema.

B. Para o Campo Magntico O local em que o limite de exposio ao campo magntico foi superado sempre o mesmo para as diferentes

subestaes da Elektro, ou seja, em trechos com cabos isolados em 13,8 kV na sada dos transformadores de fora. Tais locais no exigem a presena de funcionrios da empresa durante a operao normal da instalao. Alm disto foram realizadas medies de campo magntico em funo do afastamento dos condutores. Com base nestas informaes dever ser instalada uma barreira de isolamento que mantenha os trabalhadores a uma distncia mnima de 40 cm com relao a estes condutores. Tal restrio de proximidade suficiente para que no exista mais a exposio a nveis de campo superiores ao estabelecido. Alm disto, deve ser feita uma recomendao formal para que qualquer interveno no local seja realizada apenas com a subestao desenergizada.

C. Concluses de Cunho Geral Alm do cumprimento da Resoluo 398/2010, este estudo, devido grande amostragem realizada e criteriosa anlise dos dados colhidos permite o estabelecimento de diretrizes de medio que visam economia de tempo e de recursos quando da necessidade do mapeamento de campos eltricos e magnticos em outras subestaes da Elektro. Tal experincia pode ser ainda empregada por outras concessionrias de distribuio de energia. Tais diretrizes so:

Restringir as medies para a verificao da exposio do pblico em geral a apenas duas regies: nas proximidades da sada de linhas de transmisso e de alimentadores de distribuio da subestao;

Restringir as medies de campo eltrico apenas na rea de manobra do setor com a maior tenso da instalao, dando-se preferncia para os pontos contendo os condutores mais baixos em relao ao solo;

Restringir as medies de campo magntico para o setor com a menor tenso da subestao, especialmente nas proximidades do tanque dos transformadores de fora e de cubculos em 13,8 ou 34,5 kV.

REFERNCIAS

[1] Icnirp, Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz). International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, Health Physics, Volume 74, no 4, 1998.

[2] World Health Organization, Environmental Health Criteria 238 (2007): Extremely Low Frequency Fields (ELF) WHO, Geneva, Switzerland, 2007.

[3] World Health Organization, Establishing a Dialogue on Risks from Electromagnetic Fields, Geneva, Switzerland, 2002.

[4] Associao Brasileira de Normas Tcnicas, ABNT NBR 15415:2006. Mtodos de medio e nveis de referncia para exposio a campos eltricos e magnticos na freqncia de 50 Hz e 60 Hz, ABNT, Rio de Janeiro, outubro de 2006;

[5] Agncia Nacional de Energia Eltrica, Resoluo Normativa 398, ANEEL, Braslia, de 23 de maro de 2010;

[6] R. L. Arajo, L. M. Ardjomand, A. L. Borille, N. S. R. Quoirin, A. A. Costa, A. C. Kuster, Medies de Campos Eltricos e Magnticos de Baixa Freqncia em Linhas de Transmisso e Subestaes, XVIII SNPTEE, Grupo XIII, Curitiba, 2005.

[7] R. L. Arajo, L. M. Ardjomand, N. S. R. Quoirin. Measurement of Power-Frequency Electric and Magnetic Fields from Transmission Lines in the Fortaleza Area, International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Campina Grande, 2005.

[8] ABRICEM, Exposio a campos eletromagnticos e sade: Um estudo brasileiro, Ed. Papirus, Campinas, 2010.