6
1 Resumo--Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento do campo elétrico e sua influência nas proximidades de linhas de transmissão de alta tensão, visto que a presença de campos elétricos intensos pode produzir interações com organismos vivos de efeito danoso. O estudo foi realizado por meio de simulações computacionais baseadas no Método dos Elementos Finitos. Com os resultados foi possível determinar se os valores obtidos estão de acordo com os limites de campo elétrico impostos pelo Art. 4º da Lei nº 11.934, de 5 de maio de 2009. Alguns valores foram confrontados com uma experiência de medição de campo elétrico real, e mostraram-se bastante coerentes. O método desenvolvido pode ser utilizado como um auxílio valioso no processo de avaliação de campo elétrico em estruturas complexas. Palavras-Chave--Mapeamento de Campo Elétrico, Linhas de Transmissão, Método dos Elementos Finitos. Abstract--This paper presents a study on the deportment of electric field and its influence in close proximity to lines of high voltage transmission, given that the presence of intense electric fields can produce interactions with living organisms of harmful effects. The study was realized by computer simulations based in Finite Element Method. With the results was possible to determine if the values obtained meets the limits of electric field imposed by the Art. 4º of Law nº 11.934, of May 5 2009. Some values were confronted with an experience of real measurement of electric field, and showed very coherent. The method developed can be used as a valuable assistance in the evaluation process of electric field in complex structures. Index Terms--Mapping of Electric Field, Transmissions Lines, Finite Elements Method. I. INTRODUÇÃO AMPO elétrico é um campo de força provocado por cargas elétricas, ou por um sistema de cargas, quando imersas num campo elétrico as cargas ficam submetidas à ação Este trabalho teve suporte financeiro do CNPq, na manutenção da bolsa dos pesquisadores. E. G. da Costa é professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Campina Grande (DEE/UFCG), Av. Aprígio Veloso, 882, Campina Grande - PB (autor correspondente, fone: +55 83 21011303; fax: +55 83 331014; e-mail: [email protected]). R. M. R. Barros é aluno de graduação do DEE/UFCG e pesquisador de iniciação científica do CNPq (e-mail: [email protected]). C. N. P. de Sá é engenheiro da Chesf em Fortaleza CE (e-mail: [email protected]). de uma força elétrica [1]. Os possíveis efeitos sobre a saúde humana decorrentes da exposição a campos elétricos e magnéticos de frequência extremamente baixa (faixa compreendida entre 3 Hz e 3 kHz) têm gerado uma crescente preocupação da opinião pública nos últimos anos. Sabe-se que exposições exageradas aos campos podem ser nocivas a saúde, no entanto, os estudos ainda não são conclusivos quanto à determinação de um nível de exposição seguro nem quanto à real gravidade dos efeitos em organismos vivos [2]. No Brasil, com o objetivo de regulamentar a exposição aos campos, estabeleceu-se no Art. 4º da Lei nº 11.934, de 5 de maio de 2009, os limites recomendados pela Organização Mundial de Saúde - OMS. Na lei são consideradas as exposições ocupacional e da população em geral. A mesma estabelece limites a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos gerados por sistemas que operam na faixa até 300 GHz. Na TABELA I são apresentados os limites recomendados pela OMS [3]. TABELA I NÍVEIS DE EXPOSIÇÃO MÁXIMA RECOMENDADOS PELA OMS Campo Elétrico (kV/m) Campo Magnético (μT) Público em Geral 4,17 83,33 População Ocupacional 8,33 416,67 A Lei nº 11.934 atribuiu competência à Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL a tarefa de regularizar e fiscalizar o atendimento aos limites expostos relativos aos serviços de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, desde então muitas empresas estão passando, e muitas passaram num futuro próximo, por um processo de adaptação. Linhas de transmissão (LT) de energia elétrica produzem elevados campos elétricos e magnéticos. Neste contexto, é de grande importância que técnicas eficientes possam ser aplicadas na avaliação da intensidade e na distribuição de campos elétricos para que se possam estabelecer zonas seguras nas proximidades dos arranjos elétricos energizados. A avaliação tanto pode ser feita experimentalmente através de medições em campo, mais comum atualmente, ou via simulações computacionais. O objetivo deste trabalho é a aplicação de um método computacional para avaliação da distribuição do campo elétrico nas proximidades de torres de linhas de transmissão de Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos R. M. R. Barros, E. G. da Costa, Membro, SBA e C. N. P. de Sá C

Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

1

Resumo--Este trabalho apresenta um estudo sobre o

comportamento do campo elétrico e sua influência nas

proximidades de linhas de transmissão de alta tensão, visto que a

presença de campos elétricos intensos pode produzir interações

com organismos vivos de efeito danoso. O estudo foi realizado por

meio de simulações computacionais baseadas no Método dos

Elementos Finitos. Com os resultados foi possível determinar se os

valores obtidos estão de acordo com os limites de campo elétrico

impostos pelo Art. 4º da Lei nº 11.934, de 5 de maio de 2009.

Alguns valores foram confrontados com uma experiência de

medição de campo elétrico real, e mostraram-se bastante

coerentes. O método desenvolvido pode ser utilizado como um

auxílio valioso no processo de avaliação de campo elétrico em

estruturas complexas.

Palavras-Chave--Mapeamento de Campo Elétrico, Linhas de

Transmissão, Método dos Elementos Finitos.

Abstract--This paper presents a study on the deportment of

electric field and its influence in close proximity to lines of high

voltage transmission, given that the presence of intense electric

fields can produce interactions with living organisms of harmful

effects. The study was realized by computer simulations based in

Finite Element Method. With the results was possible to

determine if the values obtained meets the limits of electric field

imposed by the Art. 4º of Law nº 11.934, of May 5 2009. Some

values were confronted with an experience of real measurement

of electric field, and showed very coherent. The method developed

can be used as a valuable assistance in the evaluation process of

electric field in complex structures.

Index Terms--Mapping of Electric Field, Transmissions Lines,

Finite Elements Method.

I. INTRODUÇÃO

AMPO elétrico é um campo de força provocado por

cargas elétricas, ou por um sistema de cargas, quando

imersas num campo elétrico as cargas ficam submetidas à ação

Este trabalho teve suporte financeiro do CNPq, na manutenção da bolsa

dos pesquisadores.

E. G. da Costa é professor do Departamento de Engenharia Elétrica da

Universidade Federal de Campina Grande (DEE/UFCG), Av. Aprígio Veloso,

882, Campina Grande - PB (autor correspondente, fone: +55 83 21011303;

fax: +55 83 331014; e-mail: [email protected]).

R. M. R. Barros é aluno de graduação do DEE/UFCG e pesquisador de

iniciação científica do CNPq (e-mail: [email protected]).

C. N. P. de Sá é engenheiro da Chesf em Fortaleza – CE (e-mail:

[email protected]).

de uma força elétrica [1]. Os possíveis efeitos sobre a saúde

humana decorrentes da exposição a campos elétricos e

magnéticos de frequência extremamente baixa (faixa

compreendida entre 3 Hz e 3 kHz) têm gerado uma crescente

preocupação da opinião pública nos últimos anos. Sabe-se que

exposições exageradas aos campos podem ser nocivas a saúde,

no entanto, os estudos ainda não são conclusivos quanto à

determinação de um nível de exposição seguro nem quanto à

real gravidade dos efeitos em organismos vivos [2].

No Brasil, com o objetivo de regulamentar a exposição aos

campos, estabeleceu-se no Art. 4º da Lei nº 11.934, de 5 de

maio de 2009, os limites recomendados pela Organização

Mundial de Saúde - OMS. Na lei são consideradas as

exposições ocupacional e da população em geral. A mesma

estabelece limites a campos elétricos, magnéticos e

eletromagnéticos gerados por sistemas que operam na faixa até

300 GHz. Na TABELA I são apresentados os limites

recomendados pela OMS [3].

TABELA I

NÍVEIS DE EXPOSIÇÃO MÁXIMA RECOMENDADOS PELA OMS

Campo Elétrico

(kV/m)

Campo Magnético

(µT)

Público em Geral 4,17 83,33

População Ocupacional 8,33 416,67

A Lei nº 11.934 atribuiu competência à Agência Nacional

de Energia Elétrica - ANEEL a tarefa de regularizar e

fiscalizar o atendimento aos limites expostos relativos aos

serviços de geração, transmissão e distribuição de energia

elétrica, desde então muitas empresas estão passando, e muitas

passaram num futuro próximo, por um processo de adaptação.

Linhas de transmissão (LT) de energia elétrica produzem

elevados campos elétricos e magnéticos. Neste contexto, é de

grande importância que técnicas eficientes possam ser

aplicadas na avaliação da intensidade e na distribuição de

campos elétricos para que se possam estabelecer zonas seguras

nas proximidades dos arranjos elétricos energizados. A

avaliação tanto pode ser feita experimentalmente através de

medições em campo, mais comum atualmente, ou via

simulações computacionais.

O objetivo deste trabalho é a aplicação de um método

computacional para avaliação da distribuição do campo

elétrico nas proximidades de torres de linhas de transmissão de

Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de

Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando

o Método dos Elementos Finitos R. M. R. Barros, E. G. da Costa, Membro, SBA e C. N. P. de Sá

C

Page 2: Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

2

alta tensão. As simulações computacionais são baseadas no

Método dos Elementos Finitos (MEF). Assim, pretende-se, a

partir das simulações, avaliar a distribuição do campo elétrico

nas vizinhanças das torres de LT, com o intuito de averiguar se

os valores obtidos condizem com os níveis de campo elétrico

recomendados por lei. O trabalho também tem como objetivo

investigar os potenciais induzidos em dutos metálicos no solo

e em um ser humano, como também a determinação da tensão

de toque e da tensão de passo, nas vizinhanças da torre.

II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A. Exposição a Campos Elétricos

As linhas de transmissão são configurações eletro-mecânica

que possibilita o transporte da energia elétrica de um ponto

transmissor a um terminal receptor. Elas geram campos

elétricos e magnéticos que são irradiados nas suas

proximidades [4]. A presença dos campos produz interações

com os organismos vivos, e eventualmente podem vir a causar

efeitos adversos nos sistemas biológicos pela exposição a

longo prazo. Entre os possíveis problemas apontados na

bibliografia está o aparecimento de quadros de leucemia em

populações de crianças que vivem próximo as linhas e em

trabalhadores do setor elétrico. A literatura também cita

transtornos hormonais, efeitos genéticos e celulares, entre

outros [4].

As intensidades de campo diminuem em função do

quadrado da distância entre a fonte geradora e ponto onde se

mede o campo [1]. Por isso é importante que se conheça a

configuração do campo elétrico para que se possa determinar a

região segura de interação entre seres vivos e as fontes de

campo.

A determinação ou modelagem das configurações de

campos pode ser feita através de equações diferenciais parciais

cuja solução analítica é dificultada em casos complexos, como

nas proximidades de uma LT. O uso de técnicas numéricas

computacionais tem possibilitado a estimação da distribuição

mesmo em regiões de alta complexidade.

B. Método dos Elementos Finitos

O Método dos Elementos Finitos é um método numérico

inicialmente desenvolvido por Alexander Hrennikoff (1941) e

Richard Courant (1942), e é utilizado para se obter soluções

aproximadas de equações diferenciais parciais e de equações

integrais em situações onde é impossível ou extremamente

complicado se obter uma solução analítica exata [5].

As soluções aproximadas são obtidas pela eliminação

completa das equações diferenciais, ou ainda na transformação

das equações diferenciais parciais em um sistema de equações

diferenciais ordinárias, ou seja, há uma subdivisão do

problema em diversos problemas menores e correlatos [6],

processo conhecido como discretização. Os pontos comuns

entre os elementos são os nós, onde os resultados das análises

devem ser computados. Na Figura 1 é possível observar as

etapas da discretização de um isolador de vidro.

Figura 1 - Etapas da discretização de um isolador de vidro.

O MEF é indicado para a obtenção da solução de equações

com um domínio de alta complexidade, e equações cuja

solução se modifica de acordo com a variação do domínio,

porque o método divide o problema global em diversos

problemas menores ou locais. Devido à redução do custo

computacional, o MEF passou a ser amplamente utilizado e

tem apresentado resultados muito preciso, satisfazendo a

necessidade dos problemas a que o método é aplicado [7].

C. Comsol Multiphysics®

O COMSOL Multiphysic1 é um software desenvolvido para

análise de problemas físicos, modelagem e simulação. Ele foi

desenvolvido com base na teoria do MEF, ou seja, trabalha

realizando aproximações das soluções de equações

diferenciais parciais.

As principais vantagens do software são sua robustez e a

possibilidade de representar graficamente o objeto a ser

estudado. Após o desenho do modelo, são atribuídas

diretamente às regiões do mesmo as constantes e grandezas

físicas, não sendo necessária a construção das equações do

MEF ou a criação de algoritmos de solução. O software

também permite uma visualização das soluções das mais

variadas formas, entre elas, os mapas de cores e a

representação da solução por linhas equipotenciais.

Para obter as soluções de problemas utilizando o software,

necessita-se definir a geometria da região onde o problema

deve ser resolvido, indicando as características físicas de cada

sub-região e as condições de contorno.

III. MATERIAL E MÉTODOS

A. Medições em Campo

A Companhia Hidroelétrica do São Francisco - Chesf vem

realizando medições de campos elétricos e magnéticos em suas

instalações. As campanhas de medições fazem parte de uma

ação operacional para determinar os campos elétricos e

magnéticos em todas as instalações do grupo Eletrobrás, do

qual a Chesf faz parte, a fim de que se possam detectar as

regiões onde os campos elétricos e magnéticos superam os

limites estabelecidos pela Lei nº 11.934.

Nas linhas de transmissão, as medições de campo elétrico

iniciam-se no centro do vão da linha, e são realizadas

sucessivamente afastando-se do ponto inicial, em geral são

registrados os valores a cada cinco metros e são realizadas não

menos do que sete medições, até que as medições indiquem

valores inferiores aos previstos pela Lei nº 11.934. É

1 COMSOL Multiphysics é marca de COMSOL AB.

Page 3: Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

3

importante também registrar os pontos onde ocorrem os

valores máximos de campo elétrico.

Foram utilizados dados de medições realizadas pela Chesf

na comparação com os resultados das simulações. Os dados

obtidos nas medições serviram de referência para validação

dos resultados obtidos nas simulações.

B. Construção do Modelo Gráfico

O primeiro passo para realização da simulação foi a

construção do modelo gráfico do arranjo a ser analisado,

devido às limitadas ferramentas de modelagem 3D disponíveis

na plataforma de simulação. A construção foi realizada no

software AutoCAD®2, ao final da modelagem o desenho do

arranjo foi importado pelo software de simulação.

Mesmo com a utilização de um software de modelagem

específico em alguns casos, o modelo apresentou um esforço

computacional muito grande, inviabilizando a simulação por

esforço computacional. Algumas simplificações na geometria a

ser simulada foram realizadas, como por exemplo, a redução

do refinamento para a representação das curvas do modelo. É

importante ressaltar que as simplificações implementadas

praticamente não alteram a distribuição do campo elétrico no

modelo, e principalmente nas áreas de interesse.

Assim, foram simulados três modelos distintos, inicialmente

foi escolhido um modelo simples de torre de distribuição de

13,8 kV, para se avaliar os resultados de forma mais segura,

posteriormente foi simulada uma torre de transmissão de alta

tensão e linha trifásica de 500 kV, e finalmente uma torre de

transmissão de circuito trifásico duplo de 345 kV. Na Figura 2

são apresentados os modelos gráficos construídos para as

estruturas simuladas.

(a) (b)

(c)

Figura 2 - Modelo gráfico para (a) torre de distribuição de 13,8 kV, (b) torre

de transmissão de 500 kV e (c) torre de transmissão de 345 kV.

2 AutoCAD é marca de AutoDesk, Inc.

C. Atribuição das Características Físicas

Após a modelagem determinou-se as grandezas e constantes

físicas que caracterizam cada material que constitui o arranjo.

A maioria dos valores das constantes físicas está presente na

biblioteca do próprio simulador, todas as constantes utilizadas

encontram-se na TABELA II. A fim de se obter os valores de

tensão induzida em um ser humano foram utilizados, blocos

com a permissividade da água, principal constituinte do corpo

humano e resistência de 1 kΩ, usualmente associada à

resistência do corpo humano.

TABELA II

CONSTANTES ATRIBUÍDAS AOS MATERIAIS PRESENTES NAS SIMULAÇÕES

Material εr - Permissividade

Relativa

σ - Condutividade

Elétrica (S/m)

Ar 1,00 0,00

Terra 50,00 A 1,00 x 10-3 B

Água 80,00 A 1,00 x 10-2

Concreto 1,00 0,00

Vidro 4,20 1,00 x 10-14

Ferro 1,00 1,12 x 107

Alumínio 1,00 3,77 x 107

Aço 1,00 4,03 x 106 A Retirado de [8], B Retirado de [9], Demais retirados de COMSOL Multiphysics®.

Posteriormente, foram determinadas as condições de

contorno do problema para finalmente se obter a solução.

Após gerada a solução, o software fornece a distribuição do

campo elétrico em todo o espaço, também é possível

determinar o valor em um ponto específico do espaço. Na

Figura 3 pode ser observada a distribuição fornecida.

Figura 3 - Distribuição do campo elétrico fornecida pelo software de simulação.

Page 4: Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

4

D. Cálculo do Valor Eficaz

Em sistemas de corrente alternada os valores de corrente e

tensão variam no tempo descrevendo uma função senoidal

[10], logo o campo elétrico oriundo destes sistemas também

varia descrevendo uma função do mesmo tipo. Apesar do

software de simulação ser capaz de realizar simulações com

parâmetros variantes no tempo, este tipo de simulação gera um

esforço computacional excessivo. Por isso, optou-se por

realizar simulações com parâmetros estáticos, assim os

resultados obtidos representam valores instantâneos do campo

elétrico, contudo a lei refere-se a valores eficazes. O valor

eficaz de um sinal senoidal pode ser calculado dividindo seu

valor de pico por raiz quadrada de dois [10], infelizmente o

cálculo não é tão simples neste caso, por que existem três

fontes (as fases) geradoras de campo. As três fases do sistema

que estão defasadas 120° entre si e, por isso, não passam pelo

valor de pico ao mesmo tempo.

Uma forma aproximada de calcular o valor eficaz foi

encontrada realizando-se varias simulações em cadeia,

variando a posição das fases de 30° em 30°, obtendo assim

doze valores diferentes de campo elétrico.

Os valores foram interpolados e como era esperado

descrevem uma função aproximadamente senoidal, assim o

valor eficaz aproximado pôde ser obtido calculando-se a média

quadrática dos pontos interpolados. Determinou-se com as

simulações o valor do campo elétrico máximo a 1,5 m do solo

e o ponto onde o mesmo ocorre, uma vez que é a esta altura

que o campo elétrico é validado pela medição na subestação

de propriedade da Chesf. O ponto representa o pior caso em

termos de exposição, por isso é nele onde serão determinados

os demais valores. Em seguida, calculou-se o valor eficaz do

campo elétrico no referido ponto, o potencial induzido em um

duto metálico, constituído de aço, com raio de 10 cm,

localizado 1,5 m abaixo do solo, e em um ser humano

localizado no ponto de exposição máxima, finalmente

determinou-se a tensão de passo no mesmo ponto, além da

tensão de toque entre o duto metálico e o solo.

IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES

A seguir serão apresentados separadamente os resultados

para cada estrutura simulada, sendo apresentado em cada caso

um gráfico que representa o campo elétrico ao longo de uma

reta na direção perpendicular a direção dos cabos, a uma altura

de 1,5 m do solo no ponto de exposição máxima, conforme

pode ser visto nas Figura 4, Figura 5 e Figura 6. Também estão

apresentados em forma de tabela, os resultados dos outros

parâmetros obtidos na simulação.

A. Torre de Transmissão de 500 kV

A validação do método foi feita comparando-se os

resultados com medições feitas em campo com os resultados

das simulações. Para tanto, utilizou-se os resultados de

medições realizadas pela Chesf. As medições foram realizadas

em uma torre de 500 kV, cujo modelo semelhante foi usado

nas simulações.

Os resultados da medição em campo indicam que no centro

do vão o campo elétrico era de 3,4 kV/m, e o valor máximo do

campo elétrico registrado foi de 5,6 kV/m, localizado a 12,5 m

do centro do vão. Na simulação, o valor eficaz do campo

elétrico no centro do vão foi de 3,1 kV/m, enquanto que o

valor máximo foi de 6,1 kV/m a 8 m do centro do vão.

Considerando-se que este resultado foi obtido a partir de

um modelo de torre semelhante, e não igual, e que não se

dispunha de inúmeras informações como resistência do solo e

características dos cabos, verifica-se que os resultados da

simulação são aceitáveis, visto que o campo no centro do vão

apresentou uma discrepância de apenas 8,82%.

O resultado da simulação é apresentado no gráfico da

Figura 4, o gráfico representa o valor de pico do campo

elétrico, não o valor eficaz, o valor eficaz foi obtido através

dos métodos descritos, é possível verificar que a cerca de 8 m

do vão da linha o valor eficaz do campo é de 6,1 kV/m,

ultrapassando o limite de exposição para população em geral.

No entanto espera-se que em um arranjo desse tipo a

população em geral não se aproxime a esta distância. Deve ser

considerado, portanto, a exposição da população ocupacional,

e para este caso o valor do campo elétrico está em

conformidade com o estabelecido pela Lei nº 11.934.

Figura 4 - Campo elétrico na torre de transmissão de 500 kV a 1,5 m do solo,

na direção perpendicular a dos cabos no ponto de exposição máxima.

Na TABELA III são apresentados os resultados dos outros

parâmetros obtidos na simulação, os mesmos constituem

valores admissíveis e próximos aos valores típicos mostrando-

se qualitativamente corretos.

TABELA III

RESULTADOS DA SIMULAÇÃO PARA TORRE DE TRANSMISSÃO DE 500 KV

Resultados Valor Unidade

Valor Máximo do Campo Elétrico 8,7 kV/m

Valor Eficaz do Campo Elétrico 6,1 kV/m

Potencial Induzido no Duto Metálico 49,0 V

Potencial Induzido num Ser Humano 495,0 V

Tensão de Passo 10,0 V

Tensão de Toque 114,0 V

Page 5: Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

5

B. Torre de Distribuição de 13,8 kV

A análise do gráfico na Figura 5 mostra que, como era

esperado, para uma estrutura de distribuição, o campo elétrico

obtido é muito inferior ao limite previsto pela Lei nº 11.934. O

valor máximo registrado foi de 88 V/m ou 0,088 kV/m e

ocorre a cerca de 3 m de distância do centro do vão da linha.

Figura 5 - Campo elétrico na torre de distribuição de 13,8 kV a 1,5 m do solo,

na direção perpendicular a dos cabos no ponto de exposição máxima.

TABELA IV

RESULTADOS DA SIMULAÇÃO PARA TORRE DE DISTRIBUIÇÃO DE 13,8 KV

Resultados Valor Unidade

Valor Máximo do Campo Elétrico 0,088 kV/m

Valor Eficaz do Campo Elétrico 0,062 kV/m

Potencial Induzido no Duto Metálico 3,0 V

Potencial Induzido num Ser Humano 10,0 V

Tensão de Passo 4,0 V

Tensão de Toque 13,0 V

Todos os resultados apresentados na Tabela IV são

compatíveis com os valores típicos em medições com arranjos

e tensões em nível da distribuição.

C. Torre de Transmissão de Circuito Duplo de 345 kV

Vale registrar que a Chesf não possui linhas de transmissão

de 345 kV, no entanto, a simulação foi feita para mostrar as

potencialidades da metodologia.

A análise do gráfico na Figura 6 mostra que o valor

máximo do campo elétrico ocorre sob o vão da linha a 15,0 m

de distância da torre e seu valor é 4,7 kV/m, para este caso o

valor eficaz do campo elétrico calculado foi de 3,4 kV/m, mais

uma vez verificou-se que o arranjo encontra-se em

conformidade com o estabelecido pela Lei nº 11.934.

Observa-se na Tabela V que os valores de potencial

induzido são muito elevados em relação aos demais casos

simulados, isso se deve a alguns fatores como, a distribuição

dos cabos na torre, o nível de tensão e ao fato de tratar-se de

uma torre de circuito duplo, representando assim duas fontes

distintas de campo elétrico.

Figura 6 - Campo elétrico na torre de transmissão de 345 kV a 1,5 m do solo,

na direção perpendicular a dos cabos no ponto de exposição máxima.

TABELA V

RESULTADOS DA SIMULAÇÃO PARA TORRE DE TRANSMISSÃO DE 345 KV

Resultados Valor Unidade

Valor Máximo do Campo Elétrico 4,7 kV/m

Valor Eficaz do Campo Elétrico 3,4 kV/m

Potencial Induzido no Duto Metálico 775,0 V

Potencial Induzido num Ser Humano 2192,0 V

Tensão de Passo 22,0 V

Tensão de Toque 183,1 V

V. CONCLUSÃO

A validação da metodologia foi realizada utilizando-se de

medições de campo elétrico in loco para uma linha de

transmissão de 500 kV e as comparando com os resultados das

simulações.

Os resultados demonstraram que para as estruturas

simuladas os valores de campo elétrico estão de acordo com as

exigências na Lei nº 11.934, de fato as campanhas de

medições da Chesf mostram que apenas algumas linhas que

operam em faixas próximas a 500 kV têm apresentado

discordância com a referida lei.

Os valores obtidos nas simulações mostram-se bastante

coerentes, principalmente quando confrontados com a

experiência de uma medição de campo elétrico. Os resultados

evidenciam que o método de simulação desenvolvido neste

trabalho pode ser utilizado como um auxílio valioso no

processo de avaliação do campo elétrico de estruturas

complexas.

No momento, a utilização de um software é bastante

oportuna, pois medições in loco são onerosas, sua estimação

dependem da construção das linhas. Simulações podem ser

feitas para orientar as concessionárias na estimação do campo

elétrico para as linhas a serem construídas, do potencial

induzido no duto metálico, no potencial induzido num ser

humano, na tensão de passo e tensão de toque.

Page 6: Mapeamento de Campo Elétrico de Torres de Linha de Transmissão de Alta Tensão Utilizando o Método dos Elementos Finitos - R. M. R. Barros, E. G. da Co

6

VI. AGRADECIMENTO

Os autores agradecem a Chesf e a P. B. Vilar pela

contribuição no desenvolvimento deste trabalho e ao CNPq

pela manutenção das bolsas (PIBIC e produtividade em

pesquisa) dos pesquisadores da UFCG.

VII. REFERÊNCIAS

[1] A. P. Tipler and G. Mosca, Física para Cientistas e Engenheiros:

Eletricidade e Magnetismo, Ótica, vol. II. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

[2] T. D. Monteiro. (2008, Abr.). Linhas de Transmissão de Energia

Elétrica de Alta Tensão e os Efeitos dos Campos Eletromagnéticos –

CEM – na Saúde. [Online]. Disponível em:

http://knol.google.com/k/telma-monteiro/linhas-de-transmissão-de-

energia/3ojughtnczptc/2.

[3] Resolução Normativa nº 398, Resolução ANEEL, Mar. 2010.

[4] R. F. Moreno and L. C. Moreno, "Possíveis efeitos na Saúde Humana

Decorrentes da Exposição a Campos Eletromagnéticos de Baixa

Frequência," in XVI Seminário Nacional de Produção e Transmissão de

Energia Elétrica, Campinas, Brasil, Outubro 2001.

[5] D. H. Norrie and G. Vries, An Introduction to Finite Element Analysis.

Waltham: Massachusetts Academic Press, 1978.

[6] M. Morie, The Finite Element Method and Its Applications. London:

Macmillan Publishing Company, 1983.

[7] P. J. Waterman, "Meshing: The critical bridge," Desktop Engineering

Magazine, 2008.

[8] E. T. Tuma, "Proposta de um novo modelo para análise dos

comportamentos transitórios e estacionários de sistemas de aterramento,

usando-se o Método FDTD," M. Sc. dissertação, Dept. Eng. Elétrica,

Univ. Federal do Pará, Belém, 2008.

[9] C. V. A. Cavalcanti, "Uma rotina computacional para estratificação:

Desenvolvimento e aplicação a solos do nordeste," M. Sc. dissertação,

Dept. Eng. Agrícola, Univ. Federal da Paraíba, Campina Grande, 1991.

[10] S. S. Haykin, Sinais e Sistemas. Porto Alegre: Bookman Company,

2000.

VIII. BIOGRAFIAS

Rafael Mendonça Rocha Barros nasceu em abril

de 1992 em Palmeira dos Índios, Alagoas, Brasil.

Obteve o título de Técnico em Eletrotécnica em

2009, pelo Instituto Federal de Educação, Ciências

e Tecnologia de Alagoas (IFAL).

Atualmente é graduando do curso de

Engenharia Elétrica da Universidade Federal de

Campina Grande (UFCG), onde é bolsista de

iniciação científica PIBIC/CNPq. Suas áreas de

interesse incluem: Mapeamento de Campos

Elétricos, Método dos Elementos Finitos, Sistemas de Isolamento e

Simulações Computacionais de Campos Eletromagnéticos.

Edson Guedes da Costa nasceu em 1954 em

Ribeirão, Pernambuco, Brasil, e deu início a sua

carreira acadêmica em Areia, Paraíba, Brasil.

Obteve os títulos de bacharel, mestre e doutor em

Engenharia Elétrica, respectivamente em 1978,

1981 e 1999 (Universidade Federal da Paraíba).

Desde 1978 trabalha como professor na

Universidade Federal de Campina Grande (UFCG),

Paraíba, Brasil. Seus interesses profissionais

incluem equipamentos de alta tensão, mapeamento

de campo elétrico, descargas parciais, método dos elementos finitos, pára-

raios e sistemas de isolamento. O Dr. Guedes também é membro do CIGRÈ,

ABENGE e SBA.

Clarence Ney Pires de Sá nasceu em novembro de

1961 em Sousa, Paraíba, Brasil. Obteve o título de

Engenheiro Eletricista em 1983 pela Universidade

Federal de Pernambuco. Concluiu MBA em Gestão

Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas em

2002.

Desde 1985 trabalha como engenheiro na

Companhia Hidroelétrica do São Francisco –

CHESF. Atualmente atua na operação de

instalações de alta tensão em Fortaleza, Ceará,

Brasil. Seus interesses profissionais incluem equipamentos de alta tensão,

mapeamento de campos elétricos, operação de instalações de alta tensão e

operação de sistemas elétricos.