Ernesto Pinto Projecto, Melhoria e Medição de Terraspaginas.fe.up.pt/~ee94056/RelatorioFinalcap1_2.pdfexacto quanto possível, para o projecto ou melhoria de um circuito de terras

Ernesto Pinto____________________________Projecto, Melhoria e Medição de Terras

Relatório Final (PSTFC)________________________________________________ 3

1. Introdução O tema do meu estágio / PSTFC é “Projecto, Medições e Melhoria de Terras”, e decorreu nas instalações da EDP Distribuição (EDIS) da ARN – Minho1 desde 1 de Março de 2005, sensivelmente.

Fig. 1 e 2 - Viana do Castelo Foi obviamente muito enriquecedor e permitiu-me sobretudo, ter um contacto com a realidade e o “state of the art” no que diz respeito ao projecto e melhoria de circuitos de terra, bem como na medição da resistividade do solo e posterior estudo da solução a implementar. Durante todo este período, foi-me permitido também ter contacto com o ambiente de uma empresa envolvida directa e profundamente nestas questões, ter conhecimento das dificuldades no terreno, dos aspectos orçamentais, dos aspectos logísticos e das subtilezas intrínsecas a este assunto. Cedo percebi que o assunto das terras é vasto. Incorpora, além disso, uma larga panóplia de conceitos e conhecimentos sendo, até por isso, um tema bastante actual, quer em termos de tecnologia, quer no aspecto das ferramentas de suporte (sofware e hardware). 1 EDIS – EDP distribuição, área de rede Norte (Minho)



No caso da EDIS foi patente a profunda preocupação dada ao aspecto económico. As soluções de melhoria de terras ou execução do próprio circuito chegam a dobrar (!) o orçamento previsto para o próprio PT. A zona geográfica onde se insere a ARN- Minho é caracterizada por solo granítico e/ou húmos, solo esse onde são típicos valores de resistividade do solo que podem ir de 200 �.m a 5000-10000 �.m, o que por si só representa uma dificuldade drasticamente acrescida no que diz respeito à implementação, e em particular á escolha e projecto do eléctrodo e circuito a adoptar.

Fig. 3 - Resistividades médias em Portugal continental.

As soluções encontradas, muitas vezes centram-se em eléctrodos verticais (varetas) enterrados a grande profundidade, na tentativa de encontrar na profundidade solos com valores de resistividade mais baixos, e dessa forma



baixar o valor de RE (Resistência de Terra ou Resistência do Eléctrodo). Mas depressa percebi que seria necessário uma mudança conceptual na forma como se aborda a questão e forma de implementar o sistema de terras. Para mim foi evidente que apostar na profundidade, por si só, poderia não ser a solução, porque, por exemplo, não existe a garantia real que a resistividade do solo baixe efectivamente com a profundidade. O solo, tipicamente, é estratificado, mas nada garante que � (resistividade) vá diminuir à medida que aumentamos o comprimento do nosso eléctrodo, poderá ocorrer exactamente o contrário. Existe também a justificação que o furo profundo se destina a encontrar possíveis lençóis de água e dessa forma encontrar solos ensopados que teriam altas condutibilidades, e que dessa forma também baixariam RE, mas talvez não seja a melhor solução, porque esses lençóis normalmente encontram-se a profundidades acima dos 25 m, tornando o furo muito dispendioso. Depois há a questão do encamisamento dos furos efectuados. A definição de eléctrodo de terra implica a noção de um elemento condutor em contacto, ou melhor, envolvido por um solo de resistividade �, logo, é necessário em furos particularmente fundos (ou em qualquer tipo de furos acima dos 0,80 m, por exemplo), encamisá-los devidamente, através de um tubo de ferro galvanizado (tipicamente), de forma a impedir que o próprio condutor de cobre que faz a ligação entre o eléctrodo e a instalação seja ele próprio um eléctrodo, com uma resistência à terra Rx que depois se vá somar à RE do próprio eléctrodo.

Rtotal = Rx + RE

Rx

RE RE



No projecto ou melhoria de circuitos ou sistemas de terra, normalmente define-se os vários parâmetros que constituem os próprios constituintes do circuito, como sendo: - Tipo de eléctrodo a utilizar. - Parâmetros do eléctrodo (Comprimento, seccção, forma, disposição etc..). - Nº de eléctrodos. No caso de uma vareta ou piquet , por exemplo, pode-se intervir ao nível do seu comprimento. Vejamos a fórmula para cálculo de RE para uma Vareta (com � em �.m, l , comprimento da vareta em m, d, diâmetro da vareta em m e RE em �):

RE = l..2�

�* ��

��

� 1).8

ln(dl

Na fórmula aproximada para uma vareta enterrada num solo de resistividade �, podemos facilmente verificar que, se aumentar-mos o comprimento l, baixamos RE, isso pode ser confirmado se traçarmos o gráfico2 da variação de RE com o comprimento, para um eléctrodo de determinadas características.

Fig. 4 - Traçado de RE (l) no SPT De facto, verifica-se que, aumentando o comprimento (a roxo), RE vai diminuir, mas deve-se ter em atenção que, devido a fenómenos de interacção entre tomadas de terra, está estipulada uma distância de segurança entre dois 2 Este gráfico foi desenhado pelo S.P.T. , uma aplicação que desenvolvi durante o meu estágio. Mais á frente neste relatório vou-me debruçar sobre ela e explica-la com todo o detalhe.



piquets sucessivos no mínimo igual ao seu comprimento. Logo, aumentando o comprimento das varetas, está-se a aumentar também a distância entre eles, e portanto, o comprimento das valas, o que sob o ponto de vista económico e de espaço pode ser um sério problema. Neste caso, seria de adoptar outro tipo de configuração: aumentar o nº de eléctrodos em paralelo, alterar a forma do próprio eléctrodo (para um anel, por exemplo), ou adoptar um eléctrodo horizontal, enterrado a uma profundidade x de resistividade �x e dessa forma garantir um valor consistente de RE. Deve-se ter presente a morfologia típica dos solos, que são estratificados, implicando uma variação de � mais com a profundidade, mas também horizontalmente, o que muitas vezes é esquecido na prática. A morfologia típica do terreno deve influenciar a escolha do tipo de eléctrodo a utilizar. No caso de considerarmos um solo estratificado com 4 níveis de resistividade, por exemplo, a solução de furar até á camada 4 e enterrar um eléctrodo vertical, parece desajustada.

Com �4 << �1. Seria mais indicado optar neste caso por um eléctrodo horizontal, de forma a potenciar o baixo valor de �4 característico dessa camada. É claro que este procedimento apenas seria justificável em termos económicos se a profundidade correspondente a �4 não implicasse um orçamento proibitivo, mas mesmo assim, no caso, por exemplo, de se optar por enterrar o eléctrodo em �2, seria de esperar que REb viesse inferior a REa.

�1

�2

�3

�4

�1

�2

�3

�4

REa REb = R4



Normalmente existem várias soluções, mas como sempre, apenas uma é óptima. Na minha óptica, a abordagem a um problema de projecto ou melhoria de terras deve ser a mais sistemática possível. Deve passar sempre primeiro por uma fase de estudo das condições do terreno, medida da resistividade (�) do solo, estudo cuidadoso da localização dos eléctrodos e depois então por uma análise do tipo de eléctrodo a utilizar e finalmente, sua implementação. No projecto dum circuito de terra ou na sua melhoria, existem certas variáveis que estão fora do nosso controlo, como sendo, as condições climatéricas, que influem nas condições de resistividade do solo e outras questões relacionadas com aspectos de ordem geológica. Torna-se por isso necessário ter uma atitude crítica e realista na fase de projecto ou na fase de implementação dos eléctrodos e circuitos de terra. Ganhar 0,5 � ou mesmo 1,5 � em RE, realisticamente, não significa nada. Todas as fórmulas postuladas em normas internacionais (no IEEE std 80, por exemplo) que vou usar na minha abordagem ao problema das terras, são sempre o pior caso, um majorante e reflectem uma perspectiva mais qualitativa do que exacta, porque, objectivamente, a precisão é impossível de ser encontrada. O que se pretende é uma orientação, uma abordagem que vá no sentido da optimização, de uma forma que seja prática e que vá de encontro às condicionantes económicas. Pretende-se um método sistemático e estruturado de análise qualitativa, exacto quanto possível, para o projecto ou melhoria de um circuito de terras. A minha abordagem vai-se centrar no seu aspecto mais sensível: A escolha do tipo de eléctrodo a utilizar, sua configuração e disposição no terreno.



2. Objectivos 2.1 Projecto, Melhoria e Medição de Terras Os objectivos para o meu trabalho foram, no seu essencial, definidos no começo do meu estágio, baseado nas primeiras trocas de impressões com pessoal da EDIS que levei a cabo nas duas primeiras semanas de Março. As conversas tinham um carácter informal e o seu propósito era captar as dificuldades inerentes ao assunto que iria versar no meu trabalho e a perspectiva de quem lida quase diariamente no terreno com a problemática das terras. Queria ter também um enquadramento completo relativamente à empresa, sua organização, sua estrutura funcional e, claro, desenvolver um contacto estreito com todo o staff humano. O meu tutor é o responsável pela área de projectos de construção da EDIS Viana do Castelo, Engº José Carvalho, com o qual fui tendo longas entrevistas. Ficou para mim claro dessas conversas, que a questão do projecto de circuitos de terra, na óptica da EDIS, se reveste de uma problemática estreitamente ligada à questão económica. Gasta-se muito, sem se ter propriamente a certeza que se gaste bem. A execução destes projectos de melhoria ou estabelecimento de um circuito de terra é normalmente entregue a empresas subcontratadas da EDP (Electro Minho SA, por exemplo), empresas essas que não estão minimamente envolvidas na fase de projecto (nem têm de estar). E empresas essas que têm obviamente os seus próprios interesses económicos, os seus objectivos e metas orçamentais a atingir, que não têm forçosamente de coincidir com os da EDIS.

Fig. 5 - Execução de um furo artesiano em Marinhas (Esposende) para em eléctrodo tipo vareta, o comprimento final do furo foi de 50 m .



Sendo assim, torna-se claro que se deverá avançar para o terreno com uma ideia clara e concreta do que se tem de fazer e como fazer, porque, como mais tarde verifiquei, no terreno as coisas podem tornar-se complicadas com a maior das facilidades. Durante a execução da tarefa de estabelecer a terra de serviço e protecção para um PT é muitas vezes usada a táctica do ‘mede e fura’, ou seja, nos casos mais complicados, casos de solos pedregosos (muito típicos nesta zona), vai-se furando e medindo até se encontrar um valor considerado aceitável para o valor da Resistência de Terra (RE). Daqui se percebe, porque com facilidade se chega aos orçamentos proibitivos que estão na origem do problema. Logo, é necessário o acompanhante da obra (do lado da EDIS) ter uma clara e cristalina noção do que se deve fazer, e isto só é possível, a meu ver, se forem reunidas as seguintes condições: 1 – Conhecimento claro das condições do terreno e condições climatéricas afectas ao local de estabelecimento do circuito e eléctrodos de terra (Tipo de solo, microclima envolvido, etc..) através de uma visita prévia ao sitio onde vai ser efectuada a obra. 2 – Medição, a mais pormenorizada possível, da resistividade do terreno no local do estabelecimento dos eléctrodos de terra. Menos de 3- 4 medidas para três níveis de profundidade, para mim, não é minimamente aceitável. 3 – Projecto do circuito de terra, que envolve a escolha do tipo de eléctrodo a utilizar e sua caracterização completa, mediante os dados anteriormente reunidos. Após estarem reunidas, pelo menos, estas três condições o acompanhante da obra estará apto a desempenhar as suas funções de uma forma muito mais segura, evitando que se escale no orçamento e protegendo os interesses da EDP e da EDIS neste caso. Notei que era necessário definir uma sistematização de processos para a abordagem da questão das terras, que fosse prática e intuitiva e sobretudo que tivesse uma forte dimensão qualitativa, que desse uma perspectiva aproximada da realidade do terreno, antes de se medir propriamente o valor de RE depois de montados os eléctrodos e circuito de terra. A minha proposta de abordagem ao problema consiste num raciocínio estruturado num fluxograma (ver pagina seguinte), onde se incorporam os passos que considero serem fundamentais



Mais à frente no meu trabalho irei seguir este fluxograma, incorporando outros aspectos a considerar numa empreitada de estabelecimento de um circuito de terra, mas o meu ponto de partida será este.

Despacho para montagem do PT

Visita ao terreno para avaliação do tipo de solo e condições climatéricas.

Medição da resistividade do terreno, pelo menos para 5 niveis de profundidade e 2 ou 4 localizações .

Escolha do tipo de eléctrodos a utilizar, disposição e características com base numa ferramenta de cálculo como o SPT por ex.

EXECUÇÃO ACOMPANHAMENTO



Como já foquei anteriormente, neste assunto das terras não interessa propriamente fazer uma previsão exacta do valor de RE no local x onde se vai estabelecer um circuito de terra de serviço ou protecção, isso é irrealista a meu ver, pelo menos para os meios técnicos e logísticos da EDIS. É muito mais indicado saber antes se, por exemplo, se baixa mais RE fazendo isto ou aquilo ou optando por este ou aquele eléctrodo ou esta ou aquela disposição. Cedo percebi que seria esta abordagem correcta para o enquadramento que a EDIS Viana do Castelo e o seu staff humano me oferecia.



2.2 O S.P.T. Depois de uma conversa que tive com um técnico da EDIS, que me confessou que lhes faltava uma ferramenta de cálculo, tive a ideia de desenvolver uma pequena aplicação informática, o SPT (Software para Projecto de Terras), onde se pudesse fazer uma avaliação do tipo de eléctrodo a utilizar, comparação entre eléctrodos, tendo como base as condições do terreno e o valor aproximado de RE em cada caso. O SPT seria portanto um ponto de partida, um estádio naquela sistematização que atrás referi, uma orientação para a escolha da melhor solução, antes de avançar para o terreno.

Fig. 6 - O SPT Os primeiros tempos do estágio aqui em Viana, passei a reunir informação relativamente a métodos de cálculo de RE para cada tipo de eléctrodo e a estruturar e desenvolver o SPT. O desenvolvimento do SPT ocupou-me intensamente durante os segundo e terceiro mês deste estágio, tendo eu tido oportunidade de apresentar a aplicação aos técnicos da EDIS em Viana e efectuado cálculos com ela durante os últimos dois meses.



Sendo assim, defini então os meus objectivos para o meu estágio aqui na EDIS de Viana do Castelo. 2.3 Objectivos Estabelecidos

O objectivo primordial envolve o conhecimento e familiarização com os métodos existentes de medição de terras e sua melhoria: os princípios teóricos ou empíricos envolvidos, metodologias e bases teóricas .

Os objectivos passam ainda pela identificação do “state of the art ' no que diz respeito a aparelhagem de medida, software de apoio ou tecnologia disponível na actualidade.

Deverei ter um conhecimento abrangente dos métodos de medida e técnicas de melhoramento de terras utilizadas na EDIS (ARN-Minho) e sugerir novas formas de abordar a questão do melhoramento/optimização de circuitos, ligações e eléctrodos de terra.

Outro aspecto a concretizar como objectivo, consistirá no desenvolvimento de um software de apoio ao engenheiro ( SPT ) na fase de projecto, ou na fase de optimização do circuito de terras (eléctrodos e ligações), que seja simples, prático e intuitivo, constituindo não um fim, mas uma base para o processo de melhoramento.

Durante o processo deverei produzir informação e documentação clara, apelativa e precisa sobre o quadro presente da problemática das terras bem como abordar perspectivas de evolução.



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