mitigação da exposição pública a campos magnéticos gerados … · v resumo esta dissertação...
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Mitigação da Exposição Pública a Campos Magnéticos
Gerados por Transformadores de Distribuição de
Energia
Bruno Marco Luna Dias
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Júri
Presidente: Prof. Paulo José da Costa Branco
Orientador: Prof. José Luís Costa Pinto de Sá
Vogal: Prof. Maria Eduarda de Almeida Pedro
Outubro 2011
III
Agradecimentos
Há várias pessoas sem as quais a realização deste trabalho não teria sido possível.
Começo por agradecer ao meu orientador, Professor José Luís Pinto de Sá, pelo apoio e
disponibilidade sempre demonstradas e por me ter dado a oportunidade de trabalhar neste tema.
Obrigado por todas as críticas e sugestões efectuadas ao longo do trabalho e pelas conversas
sobre os mais diversos temas. Agradeço ainda a gentileza em ter-me confiado o software de
simulação, essencial para o desenvolvimento desta dissertação.
À EDP por ter colocado à disposição os dados das medições efectuadas e respectivas
plantas dos Postos de Transformação estudados.
Ao Professor João Almeida, pelo facto de ter revelado total disponibilidade para fornecer
informações sobre as estruturas de betão utilizadas na construção de edifícios residenciais em
Portugal.
Ao Professor Rogério Colaço, por ter esclarecido dúvidas relativamente às propriedades
dos materiais metálicos modelados neste trabalho.
Aos agora colegas da divisão de Planeamento de Rede da REN, por terem facilitado a
minha integração na empresa e revelado prontidão e predisposição para o esclarecimento de
dúvidas.
A toda a minha família, mas principalmente aos meus pais, agradeço todo o carinho e
apoio, todas as condições que me proporcionaram, sem as quais não teria sido possível realizar
este trabalho.
Aos meus colegas e amigos, com quem partilhei momentos de trabalho e divertimento
durante todo o curso, mas também aos que me acompanharam durante todo o meu percurso
escolar, obrigado a todos por terem de alguma forma feito parte do meu caminho.
A todos, um muito obrigado!
Bruno Dias
V
Resumo
Esta dissertação aborda o tema da mitigação de baixo custo de campos de indução
magnética, em áreas onde exista exposição pública prolongada, com o intuito de acautelar
possíveis efeitos crónicos sobre a saúde humana. Mais concretamente, tem como objectivos o
desenvolvimento de modelos tridimensionais de alterações geométricas e blindagens em Postos
de Transformação, a extrapolação do valor dos novos campos gerados em locais com exposição
pública continuada e a optimização das soluções implementadas.
O propósito deste trabalho é ser integrado num projecto, aprovado pela ERSE, para a
caracterização dos campos de indução magnética gerados por equipamentos da Rede de
Distribuição de Energia da EDP. Este projecto antecipa uma possível decretação de limites mais
restritivos em Portugal, para os níveis de exposição humana admitida a campos B, seguindo o
exemplo de outros países. Todos os cálculos do valor de campo são efectuados segundo as
mais recentes normas e regras internacionais específicas para o efeito.
São objecto de estudo três modelos de Postos de Transformação, previamente
modelados e calibrados, de 10 kV para 400 V, típicos de zonas urbanas de Portugal, com
diferentes configurações interiores, equipamentos e áreas de exposição pública. Para a
aplicação das medidas de mitigação de baixo custo e cálculo do campo utiliza-se um software de
simulação profissional da Narda, EFC-400LF, que permite tirar ilações e comparar o
desempenho das várias técnicas aplicadas com vista à redução de campo.
Os resultados obtidos permitem afirmar que a solução mais eficaz é a configuração
denominada de Back to Back, que consiste em agregar duas das principais fontes de campo,
QGBT e transformador, no centro do PT. Foram estudadas medidas adicionais, tais como a
redução da distância entre os barramentos do QGBT e a colocação de redes metálicas, que
quando adicionadas à configuração Back to Back reduzem, consideravelmente, o campo B.
Palavras-chave: Campo de Indução Magnético, Medidas de Mitigação de Baixo Custo,
Postos de Transformação, Modelação Computacional Tridimensional
VII
Abstract
This dissertation addresses the issue of low-cost magnetic B-fields mitigation, in areas of
public exposure, to guard against possible chronic health effects. More specifically, aims to de-
velop three-dimensional models of geometric changes and screening techniques and apply them
on to pre-existing Transformer Station models. Afterwards, the value of the B field is calculated in
places with continuous public exposure and the mitigation techniques are optimized.
This work is intended to be part of a project, approved by ERSE, for the characterization
of magnetic induction fields generated by equipment of the Power Distribution Network of EDP.
This project anticipates stricter limits on continuous human exposure to B-fields in Portugal, than
those suggested by ICNIRP, following the example from other countries. All B-field calculations
are carried out according to the latest European and International standards and technical guides.
Three computer models of Transformer Stations were studied, with a transformation ratio
of 10k:400 V, typical of urban areas of Portugal, with various internal configurations, equipment
and areas of public exposure. For the application of the low-cost mitigation measures and calcula-
tion of the B-field Narda’s EFC-400LF professional simulation software was used, thus allowing
conclusions to de drawn regarding the performance of various techniques used to reduce the B-
field.
The obtained results show that the most effective solution is the Back to Back configura-
tion, which consists of adding two of the main field sources, LV panel and transformer, in the cen-
ter of the Transformer Station. Additional measures were studied, such as the reduction of the
distance between the buses of the LV panel and placing wire mesh between the panel and trans-
former, which contributed to considerably decrease the B-field intensity when added to the Back
to Back computer model.
Keywords: Magnetic Induction; Low-Cost Mitigation Measures; Low Voltage Substation;
3D Computer Model; MV/LV Transformer Station
IX
Índice
Agradecimentos.............................................................................................................................................. III
Resumo ............................................................................................................................................................ V
Abstract ......................................................................................................................................................... VII
Índice .............................................................................................................................................................. IX
Lista de Figuras ............................................................................................................................................... XI
Lista de Tabelas .......................................................................................................................................... XVII
Lista de Símbolos e Abreviações ................................................................................................................... XIX
1. Introdução ................................................................................................................................................... 1
1.1. Contextualização ............................................................................................................................ 1
1.2. Objectivos e Estrutura da Dissertação ........................................................................................... 4
2. Enquadramento Teórico e Descrição do Software Utilizado ....................................................................... 7
2.1. Cálculo do Campo B ....................................................................................................................... 7
2.1.1. Elementos Metálicos ............................................................................................................... 10
2.2. Narda EFC-400LF - Electric and Magnetic Field Calculation ......................................................... 12
2.3. Conclusões ................................................................................................................................... 14
3. Medidas de Mitigação Aplicadas nos PTs e Simulação no EFC-400LF ....................................................... 13
3.1. Normas Seguidas nas Simulações ................................................................................................ 13
3.2. Elementos Metálicos na Estrutura dos Edifícios .......................................................................... 14
3.3. Medidas de Mitigação Utilizadas nos PTs .................................................................................... 17
3.3.1. Alteração da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão .......................................................... 19
3.3.2. Modificação do Percurso dos Cabos de Baixa Tensão ........................................................ 20
3.3.3. Afastamento do QGBT e Transformador das Paredes que Delimitam o PT ........................ 20
3.3.4. Configuração Back to Back .................................................................................................. 21
3.3.5. Variação das Dimensões dos Interruptores Tetrapolares ................................................... 21
3.3.6. Configuração Back to Back com Elementos Metálicos........................................................ 23
3.4. Caracterização das Simulações no EFC-400LF .............................................................................. 25
3.5. Conclusões ................................................................................................................................... 25
4. Mitigação no Posto de Transformação A .................................................................................................. 27
X
4.1. Alteração da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão ................................................................... 30
4.2. Modificação do Percurso dos Cabos de Baixa Tensão ................................................................. 35
4.3. Afastamento do QGBT e Transformador das Paredes que Delimitam o PT ................................. 38
4.4. Configuração Back to Back ........................................................................................................... 42
4.5. Variação das Dimensões dos Interruptores Tetrapolares ............................................................ 46
4.6. Configuração Back to Back com Elementos Metálicos ................................................................ 50
4.7. Conclusões ................................................................................................................................... 54
5. Mitigação no Posto de Transformação B ................................................................................................... 57
5.1. Modificação da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão .............................................................. 61
5.2. Configuração Back to Back ........................................................................................................... 65
5.3. Modificação dos Interruptores Tetrapolares e Inserção de Elementos Metálicos ...................... 70
5.4. Conclusões ................................................................................................................................... 74
6. Mitigação no Posto de Transformação C ................................................................................................... 75
6.1. Modificação da Configuração dos Cabos de Baixa Tensão .......................................................... 77
6.2. Solução Construtiva no PT C ........................................................................................................ 81
6.3. Conclusões ................................................................................................................................... 82
7. Conclusões e Propostas Para Trabalhos Futuros ....................................................................................... 85
7.1 Conclusões ................................................................................................................................... 85
7.2 Propostas Para Trabalhos Futuros ............................................................................................... 87
Bibliografia ..................................................................................................................................................... 89
Anexo 1 .......................................................................................................................................................... 91
Anexo 2 .......................................................................................................................................................... 95
Anexo 3 .......................................................................................................................................................... 99
XI
Lista de Figuras
Figura 1.1 - Limites para a exposição humana a CEMEBF na Suíça (12) ......................................................... 4
Figura 2.1 - Aproximação do circuito por elementos infinitesimais ............................................................ 9
Figura 2.2 - Segmentos de um fio num sistema de coordenadas rectangular................................................. 9
Figura 2.3 - Campos B variáveis no tempo originam campos E induzidos (1) ............................................... 11
Figura 2.4 - Diagrama de Blocos que representa o EFC-400LF (17) ............................................................... 12
Figura 3.1 - Pontos de medição para determinação da média espacial (21) ................................................ 14
Figura 3.2 - Exemplo do interior de um Posto de Transformação estudado ................................................. 17
Figura 3.3 - Escolhas possíveis em termos de redução de campo. A) Situação inicial B) A mitigação pode ser
efectuada directamente na fonte, numa área de interesse, ou numa pequena região da área de interesse
(27) ................................................................................................................................................................ 18
Figura 3.4 - Configurações geométricas alternativas para os cabos de baixa tensão: A) esteira; B) esteira
com dois níveis ............................................................................................................................................... 19
Figura 3.5 - Comparação entre o campo B emitido por cada configuração dos cabos de BT: A) esteira; B)
esteira com dois níveis ................................................................................................................................... 20
Figura 3.6 - Exemplo de um modelo de um Posto de Transformação com a configuração Back to Back ..... 21
Figura 3.7 – Exemplo de dois interruptores tetrapolares em PTs, A) SOCOMEC Sirco 1250A num PT com
potência nominal de 400 kVA B) SOCOMEC Sirco CD 1250A num PT com potência nominal de 2 630 kVA 22
Figura 3.8 - Esquemático de frente e perfil dos interruptores tetrapolares Sirco 800 a 1800A (37) ............. 22
Figura 3.9 – Modelo Back to Back de um PT com um painel de rede entre o QGBT e Transformador com
uma retícula de 3cm ...................................................................................................................................... 24
Figura 4.1 - Fotografias do interior do PT A, mostrando aspectos da sua arquitectura, situado no rés-do-
chão do prédio ............................................................................................................................................... 27
Figura 4.2 - Modelo computacional inicial do PT A ....................................................................................... 28
Figura 4.3 - Perfis definidos nas habitações adjacentes ao Posto de Transformação ................................... 29
Figura 4.4 - Perfil definido na habitação localizada imediatamente por cima do Posto de Transformação . 29
Figura 4.5 - Disposição dos cabos de Baixa tensão: A) modelo inicial B) modelo alterado ........................... 30
Figura 4.6 - Modelo do PT A com a configuração dos cabos de baixa tensão modificada ............................ 31
Figura 4.7 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1, com disposição inicial e
modificada dos cabos de BT .......................................................................................................................... 31
Figura 4.8 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2, com disposição inicial e
modificada dos cabos de BT .......................................................................................................................... 32
XII
Figura 4.9 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3, com disposição inicial e
modificada dos cabos de BT .......................................................................................................................... 32
Figura 4.10 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4, com disposição inicial e
modificada dos cabos de BT .......................................................................................................................... 33
Figura 4.11 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com disposição dos cabos de BT modificada................. 33
Figura 4.12 - Linhas de campo B em plano z=4,5m com disposição dos cabos de BT modificada................. 34
Figura 4.13 - Linhas de campo B em plano x=2,5m em vista tridimensional sem armadura metálica: A)
disposição em esteira B) disposição modificada ............................................................................................ 35
Figura 4.14 - Modelo do PT A com o percurso dos cabos de BT modificado ................................................. 36
Figura 4.15 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4, com disposição inicial e
modificada dos cabos de BT .......................................................................................................................... 36
Figura 4.16 - Isolinhas de campo B em plano z=1,0m com a alteração do percurso dos cabos de BT .......... 37
Figura 4.17 - Isolinhas de campo B em plano z=4,5m com a alteração do percurso dos cabos de BT .......... 37
Figura 4.18 - Modelo do PT A com os cabos ao nível do solo com nova disposição e QGBT afastado 2,0m . 38
Figura 4.19 - Campo B máximo no perfil P3 a 1,5m de altura em função da distância do QGBT à parede
adjacente ....................................................................................................................................................... 39
Figura 4.20 - Linhas de Campo B em plano z=1,5m com nova disposição dos cabos ao nível do solo e com
QGBT afastado 2,0m da parede .................................................................................................................... 39
Figura 4.21 - Modelo do PT A com os cabos ao nível do solo com nova disposição e QGBT afastado 2,0m da
parede que lhe é adjacente e o transformador afastado 1,0m das paredes mais próximas (1,4m na
diagonal) ........................................................................................................................................................ 40
Figura 4.22 - Campo B máximo no perfil P2 a 1,5m de altura em função da distância do transformador à
parede adjacente ........................................................................................................................................... 40
Figura 4.23 - Linhas de campo B em plano z=1,5m com nova disposição dos cabos de BT, QGBT afastado de
2,0m da parede que lhe é adjacente e o transformador afastado 1,0m das paredes mais próximas (1,4m na
diagonal) ........................................................................................................................................................ 41
Figura 4.24 - Modelo do PT A com a configuração Back to Back .................................................................. 42
Figura 4.25 - Pormenor do percurso dos cabos de BT no modelo Back to Back ............................................ 43
Figura 4.26 – Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando a configuração Back
to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT ............................................... 43
Figura 4.27 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2 utilizando a configuração Back
to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT ............................................... 44
Figura 4.28 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 utilizando a configuração Back
to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT ............................................... 44
Figura 4.29 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4 utilizando a configuração Back
to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT ............................................... 45
Figura 4.30 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com a configuração Back to Back ................................. 45
XIII
Figura 4.31 - Modelo do PT, com a configuração Back to Back, utilizando um interruptor tetrapolar com
menor distância entre os barramentos (modelo Sirco CD 1250A) ................................................................. 47
Figura 4.32 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando dois tipos de
interruptores tetrapolares ............................................................................................................................. 47
Figura 4.33 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2 utilizando dois tipos de
interruptores tetrapolares ............................................................................................................................. 48
Figura 4.34 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 utilizando dois tipos de
interruptores tetrapolares ............................................................................................................................. 48
Figura 4.35 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4 utilizando dois tipos de
interruptores tetrapolares ............................................................................................................................. 49
Figura 4.36 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com a configuração Back to Back e um interruptor com
menores dimensões ....................................................................................................................................... 49
Figura 4.37 - Modelo Back to Back do PT A com um painel de rede entre com QGBT e o transformador com
retícula de 3cm .............................................................................................................................................. 51
Figura 4.38 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P1, adicionando elementos metálicos ao
modelo Back to Back ..................................................................................................................................... 51
Figura 4.39 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P2, adicionando elementos metálicos ao
modelo Back to Back ..................................................................................................................................... 52
Figura 4.40 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P3, adicionando elementos metálicos ao
modelo Back to Back ..................................................................................................................................... 52
Figura 4.41 - Linhas de campo B em plano z=1,0m utilizando o modelo Back to Back com um painel de
alumínio com retícula de e secção de .................................................................................... 53
Figura 4.42 - Linhas de campo B em plano z=1,0m utilizando o modelo Back to Back com uma malha de aço
com retícula de e secção de e um QGBT de dimensões reduzidas ................................... 53
Figura 5.1 - Fotografias do interior do PT B, mostrando aspectos da sua composição interior (32), situado
no rés-do-chão do prédio ............................................................................................................................... 57
Figura 5.2 - Perfis interiores de medição definidos pelo LABELEC (32) .......................................................... 58
Figura 5.3 – Modelo completo do Posto de Transformação B ....................................................................... 59
Figura 5.4 – Perfis definidos nas habitações adjacentes ao PT B .................................................................. 60
Figura 5.5 – Perfil definido na habitação localizada imediatamente por cima do PT B ................................ 61
Figura 5.6 - Modelo do PT B com a configuração dos cabos de baixa tensão modificada ............................ 61
Figura 5.7 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 com a disposição inicial (esteira)
e modificada dos cabos de BT ....................................................................................................................... 62
Figura 5.8 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2 com a disposição inicial (esteira)
e modificada dos cabos de BT ....................................................................................................................... 62
XIV
Figura 5.9 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 com a disposição inicial (esteira)
e modificada dos cabos de BT ........................................................................................................................ 63
Figura 5.10 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 com a disposição inicial
(esteira) e modificada dos cabos de BT ......................................................................................................... 63
Figura 5.11 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com a disposição dos cabos de BT modificada.............. 64
Figura 5.12 - Isolinhas de campo B em plano z=3,9m com disposição dos cabos de BT modificada ............. 64
Figura 5.13 - Modelo do PT B com a configuração Back to Back ................................................................... 65
Figura 5.14 - Pormenor do percurso dos cabos de baixa tensão no modelo Back to Back ............................ 66
Figura 5.15 - Campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando o modelo Back to Back ........................... 67
Figura 5.16 - Campo B calculado ao longo do perfil P2 utilizando o modelo Back to Back ........................... 67
Figura 5.17 - Campo B calculado ao longo do perfil P3 utilizando o modelo Back to Back ........................... 68
Figura 5.18 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando a configuração Back
to Back e o modelo onde foi modificada a disposição dos cabos de BT ........................................................ 68
Figura 5.19 - Campo B calculado em plano z=1,0m com a configuração Back to Back ................................. 69
Figura 5.20 - Modelo Back to Back do PT B utilizando um interruptor tetrapolar compacto e um painel de
rede de alumínio entre o QGBT e transformador com retícula de 4cm ......................................................... 70
Figura 5.21 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P1, adicionando elementos metálicos ao
modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A ............................. 71
Figura 5.22 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P2, adicionando elementos metálicos ao
modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A ............................. 71
Figura 5.23 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P3, adicionando elementos metálicos ao
modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A ............................. 72
Figura 5.24 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4 utilizando dois tipos de
interruptores tetrapolares ............................................................................................................................. 72
Figura 5.25 - Isolinhas de campo B calculado no plano z=1,0m utilizando um painel de alumínio com
retícula de 4cm e secção de 16mm2 .............................................................................................................. 73
Figura 6.1 - Fotografia do PT C, mostrando aspectos da sua composição interior........................................ 75
Figura 6.2 - Modelo computacional do Posto de Transformação C considerando a armadura da laje ......... 76
Figura 6.3 - Perfil definido nas habitações localizadas imediatamente por cima do PT ................................ 77
Figura 6.4 - Modelo do PT C com a configuração dos cabos de BT modificada............................................. 78
Figura 6.5 - Modelo do PT C com a configuração dos cabos de BT modificada e neutro a entrar no QGBT
por cima ......................................................................................................................................................... 78
Figura 6.6 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 com os modelos anteriormente
descritos ......................................................................................................................................................... 79
Figura 6.7 - Isolinhas de campo B em plano z=4,5m utilizando o modelo que possui a disposição dos cabos
de BT e a ligação do condutor de neutro modificadas .................................................................................. 79
XV
Figura 6.8 - Isolinhas de campo B em plano y=7,0m utilizando o modelo que possui a disposição dos cabos
de BT e a ligação de neutro modificadas ....................................................................................................... 80
Figura A1.1 - Menu de selecção do template dos Postos de Transformação modelados neste trabalho ..... 91
Figura A1.2 - Menus de selecção de equipamentos no EFC-400LF ................................................................ 91
Figura A1.3 - Definição das propriedades físicas dos equipamentos/blocos ................................................. 92
Figura A1.4 - Opções disponíveis para modelar um condutor unifilar........................................................... 92
Figura A1.5 - Definição de um perfil de pontos ............................................................................................. 93
Figura A1.6 - Opções do menu de cálculo do campo ..................................................................................... 93
Figura A2.1 - Biblioteca de factores de mitigação para vários materiais ...................................................... 95
Figura A2.2 - Definição de um factor de mitigação constante ...................................................................... 95
Figura A2.3 - Modelo de uma blindagem de alta permeabilidade para um transformador ......................... 96
Figura A2.4 - Definição das características das redes metálicas ................................................................... 96
Figura A2.5 - Parâmetros eléctricos das redes metálicas e cabos ................................................................. 97
Figura A3.1 - Comparação entre as isolinhas de campo (vista em alçado): A) sem armadura da laje B) com
armadura da laje ........................................................................................................................................... 99
XVII
Lista de Tabelas
Tabela 1.1 - Danos no corpo humano quando exposto a CEMEBF .................................................................. 2
Tabela 1.2 - Valores limite de referência definidos pela ICNIRP (4) e pelo IEEE (5) ......................................... 3
Tabela 3.1 - Propriedades eléctricas utilizadas para modelar o aço macio ................................................... 15
Tabela 3.2 - Dimensões físicas dos interruptores tetrapolares Sirco 800 a 1800A (37)................................. 22
Tabela 3.3 - Parâmetros eléctricos utilizados na modelação dos metais utilizados ...................................... 24
Tabela 7.1 - Campo B expectável na área directamente por cima do PT ...................................................... 86
Tabela 7.2 - Campo B esperado em áreas adjacentes ao PT ......................................................................... 86
XIX
Lista de Símbolos e Abreviações
- Campo de Indução Magnética
- Campo Eléctrico
- Campo Magnético
- Valor eficaz do Campo de Indução Magnética
- Permeabilidade Magnética do vácuo
- Permeabilidade Magnética
- Permitividade Eléctrica
- Densidade de Corrente Eléctrica
- Corrente de Deslocamento
- Corrente Eléctrica
- Frequência das Grandezas Eléctricas
- Condutividade Eléctrica
- Frequência Angular
- Potencial Vector
- Módulo da Resultante do Produto Externo de Dois Vectores
, , - Vectores Unitários no Sistema de Coordenadas Cilíndrico (r, z, )
- Velocidade da Luz
- Comprimento Físico do Circuito
- Elemento Infinitesimal Filiforme de um Circuito
- Comprimento de Onda das Grandezas Eléctricas
- Tempo de Propagação da Onda no Condutor
- Período da Grandeza Eléctrica
CEMEBF - Campos Electromagnéticos de Extremamente Baixa Frequência
ICNIRP - International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
EUA - Estados Unidos da América
IARC - International Agency for Research on Cancer
CEM - Campos Electromagnéticos
OMS - Organização Mundial de Saúde
LILA - Leucemia Infantil Linfoblástica Aguda
ERSE - Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos
EDP - Energias de Portugal
LABELEC - Estudos, Desenvolvimentos e Actividades Laboratoriais, SA
UE - União Europeia
AT - Alta Tensão
MAT - Muito Alta Tensão
XX
PT - Posto de Transformação
BT - Baixa Tensão
MT - Média Tensão
CE - Comunidade Europeia
MEF - Método dos Elementos Finitos
IEC - Comissão Electrotécnica Internacional
CIGRE - Conselho Internacional de Grandes Sistemas Eléctricos
QGBT – Quadro Geral de Baixa Tensão
B2B - Back to Back
1
1. Introdução
Este capítulo introdutório inicia-se com uma contextualização da temática abordada
nesta dissertação, apresentando-se uma breve síntese das ilações retiradas de estudos que
incidiram sobre os efeitos fisiológicos e epidemiológicos da exposição a Campos
Electromagnéticos de Extremamente Baixa Frequência (CEMEBF, radiação não-ionizante de
3 Hz a 3 kHz). Apresentam-se também os limites de exposição recomendados por várias
organizações internacionais e os adoptados por vários países, incluindo Portugal. De seguida, a
ênfase será posta na dissertação em si, apresentando os seus objectivos e uma breve introdução
a cada um dos capítulos que a constitui.
1.1. Contextualização
Os campos electromagnéticos (CEM) fazem parte do dia-a-dia de todos nós, sejam eles
provenientes de fontes naturais, como o Sol ou o campo magnético terrestre, ou originados por
fontes artificiais. O crescimento tecnológico, as mudanças no comportamento social e nos
hábitos de trabalho (próprios de uma sociedade em evolução) criaram um ambiente
crescentemente exposto às mais diversas fontes de radiação electromagnética, criadas
artificialmente pelo Homem.
A radiação electromagnética corresponde a um conjunto de ondas e partículas que se
propagam no espaço transportando energia, e ocorre de forma natural no universo, sendo em
geral invisível para o olho humano (a luz é a excepção, e a sua forma mais familiar) (1). Este
estudo incide especificamente sobre os CEMEBF radiados devido à distribuição da electricidade,
cuja frequência é de 50 Hz ou 60 Hz, dependendo da região considerada.
Os efeitos dos CEMEBF sobre a saúde humana têm sido alvo de estudo há várias
décadas. As investigações efectuadas, cujas conclusões são apresentadas nos parágrafos
seguintes, podem ser subdivididas em dois grupos: um relativo a efeitos agudos, que contempla
as exposições momentâneas, e outro referente a efeitos crónicos, relacionado com a exposição
prolongada aos referidos campos.
Com os estudos relativos a efeitos agudos, demonstrou-se laboratorialmente que
campos eléctricos e correntes induzidas, que excedam os níveis dos sinais bioeléctricos
endógenos presentes nos tecidos celulares, causam um certo número de efeitos fisiológicos que
aumentam de severidade com o incremento da densidade de corrente induzida (2) (3). Na
Tabela 1.1 são apresentados alguns dos danos que podem ocorrer no corpo humano quanto
exposto a CEMEBF.
2
Tabela 1.1 – Danos no corpo humano em função da densidade de corrente induzida pelos CEMEBF
Densidade de
corrente induzida
Efeitos fisiológicos sobre o corpo humano
1-10 Reacções mínimas dos tecidos biológicos.
10-100 Efeitos nas funções cognitivas do cérebro e alterações do tecido celular.
100-1000 Excedidos os limiares de estimulação neuronal e neuromuscular, o que pode levar a reacções
indesejadas. Perturbações cardíacas e no Sistema Nervoso Central.
>1000 Extra-sístoles, fibrilação cardíaca, tetanização muscular, falha respiratória.
Condições com alta taxa de mortalidade.
Devido aos possíveis efeitos fisiológicos supracitados, em 1998 foram definidos num guia
da International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) valores de referência
para a limitação da exposição a CEM variáveis no tempo, mostrados na Tabela 1.2. De realçar
que o ICNIRP considerou que o limite máximo para a densidade de corrente induzida deveria ser
reforçado com um factor de segurança confortável, e por isso recomendou a limitação de
para o público em geral1. Contudo, em Dezembro de 2010, o ICNIRP efectuou uma
actualização dos valores de referência, previamente estipulados, para a exposição humana a
campos de indução magnética. As principais diferenças, comparativamente à metodologia inicial,
foram as seguintes:
Enquanto que em 1998 as considerações dosimétricas efectuadas foram baseadas
em modelos geométricos simples, as novas directrizes utilizam dados de simulações
computacionais baseadas em modelos anatomicamente detalhados do corpo
humano (4);
As restrições básicas foram revistas e em conjunto com os novos modelos
dosimétricos utilizados resultaram em valores limite de referência ligeiramente
superiores para a exposição a campos de indução magnética, enquanto que os
níveis para o campo eléctrico mantiveram-se inalterados (Tabela 1.2).
Uma vez que este guia é recente, os novos valores limite de referência ainda não foram
adoptados, pelo que é mais usual encontrar os antigos valores na legislação dos países que
seguem as recomendações deste organismo, que é parte integrante da Organização Mundial de
Saúde (OMS). Para efeitos de comparação, são apresentados na Tabela 1.2 os valores de
referência adoptados pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), onde é
1 Para determinar o valor do campo de indução magnética, pode-se utilizar a equação derivada da
lei da indução, , onde é a densidade do fluxo magnético, a frequência, o raio do círculo considerado para a indução de corrente e a condutividade eléctrica (por simplicidade pode-se admitir um
valor constante). Para o campo eléctrico existem vários aspectos que influenciam grandemente a densidade de corrente induzida, tais como a forma, posição e tamanho do corpo e o facto de o indivíduo estar, ou não, calçado (ligado/não ligado à terra). Sabe-se que a distribuição induzida da densidade de corrente varia inversamente com a secção (ou seja, será mais elevada nos tornozelos e pescoço do indivíduo) e que o nível de 5 kV/m para a exposição do público em geral corresponde, nas piores circunstâncias, a uma densidade de corrente induzida de 2 mA/m
2 na garganta (2).
3
possível constatar que não há unanimidade nas restrições definidas por parte destas prestigiadas
instituições.
Tabela 1.2 - Valores limite de referência definidos pela ICNIRP em 1998 (5) e 2010 (6) e pelo IEEE (7)
Limites (valores de referência) ICNIRP (1998) /
Europa – 50 Hz
ICNIRP (2010) /
Europa – 50 Hz
IEEE (2002) /
América – 60 Hz
Campo Eléctrico para o público em geral 5 kV/m 5 kV/m 5 kV/m
Campo Eléctrico para o público nos corredores
de passagem das linhas 5 kV/m 5 kV/m 10 kV/m
Campo Eléctrico para trabalhadores do sector 10 kV/m 10 kV/m 20 kV/m
Campo de Indução Magnético para o público
em geral (só cabeça e tronco) 100 µT 200 µT 904 µT
Campo de Indução Magnético para
trabalhadores do sector (só cabeça e tronco) 500 µT 1000 µT 2710 µT
A possibilidade da exposição prolongada a CEM de baixa intensidade aumentar o risco
de cancro foi sujeita a intensiva investigação epidemiológica e experimental nas décadas de 80 e
90 e os seus resultados foram extensamente analisados por grupos de peritos internacionais (8)
(9) (2). Esta associação teve início nas conclusões dum estudo pioneiro, publicado em 1979 por
Wertheimer & Leeper, onde se referia que havia uma correlação entre a proximidade a linhas
eléctricas e o aumento da incidência da Leucemia Infantil (2). Desde então, variadas patologias
têm sido investigadas, combinando estudos epidemiológicos com investigações experimentais
quer in vitro, quer in vivo com animais e pessoas, não se tendo concluído que exista evidência
adequada de correlação com CEMEBF, exceptuando o caso da Leucemia Infantil Linfoblástica
Aguda (LILA), onde existem estudos que possuem conclusões divergentes. Vale a pena
mencionar que devido à raridade desta doença, e à pequena fracção populacional infantil que
vive em locais onde possam existir campos B assinaláveis, torna-se difícil comprovar ou refutar
esta ligação, uma vez que muitos dos resultados dos estudos epidemiológicos possuem
intervalos de confiança que albergam ambas as soluções possíveis (10) (11) (12).
Em todos os estudos laboratoriais efectuados, não se encontrou uma relação causal
entre a exposição a níveis reduzidos de CEMEBF e alterações nas funções biológicas ou no
estado da doença. No entanto, devido às referidas associações observadas em alguns estudos
epidemiológicos no que respeita à LILA, a International Agency for Research on Cancer (IARC),
apoiada pela OMS, classificou o campo de indução magnética (campo B) de extremamente baixa
frequência como “possivelmente carcinogénico”, em 2002 (13). Note-se que neste nível de
perigosidade, “agentes possivelmente carcinogénicos”, também se encontram, por exemplo, o
café, lã de vidro e os gases de escape de motores a gasolina. A razão pela qual os estudos têm
procurado uma relação causal entre a leucemia infantil e a exposição ao campo B, relegando o
campo eléctrico (campo E) para segundo plano, é por que este último é facilmente atenuado pela
pele humana (redução de a ) (2).
4
Face à manutenção das incertezas quanto à existência de efeitos crónicos associados à
exposição a campos B, vários países têm vindo a implementar valores limite inferiores aos
sugeridos pelo ICNIRP, com o intuito de acautelar possíveis efeitos crónicos, nomeadamente a
leucemia infantil. Como exemplos temos a Suíça, que em 2003 definiu um limite de 1 µT, em
média, em áreas sensíveis (ver Figura 1.1), a Holanda, que em 2005 decretou que a exposição
média de crianças ao campo B não deve ultrapassar os 0,4 µT e a Itália que determinou um
limite máximo de 3 µT para novas instalações (2) (14).
Figura 1.1 - Limites para a exposição humana a CEMEBF na Suíça (14)
Tendo em conta todos estes acontecimentos, a 2 de Setembro de 2010, foi publicado em
Diário da República a Lei nº 30/2010 que “regula os mecanismos de definição dos limites da
exposição humana a campos magnéticos, eléctricos e electromagnéticos derivados de linhas, de
instalações ou de equipamentos de alta tensão e muito alta tensão, tendo em vista salvaguardar
a saúde pública.” Nesta lei é referido que no prazo de 13 anos, todas as linhas, as instalações e
os equipamentos de alta e muito alta tensão se devem encontrar adaptados ou localizados de
modo a que sigam as orientações da OMS e as melhores práticas da União Europeia (UE).
Como se pode atestar na lei supracitada, apenas são mencionados os campos B e E
provenientes de equipamentos de alta tensão (AT) e muito alta tensão (MAT). Contudo, nos
Postos de Transformação (PT) é efectuada a conversão de média tensão para baixa tensão
(MT/BT), o que eleva os níveis de corrente no circuito de BT. Esta característica, combinada com
a proximidade destas instalações a áreas potencialmente sensíveis, leva a que os valores de
campo B sejam potencialmente elevados (15) (16) (17).
1.2. Objectivos e Estrutura da Dissertação
Antecedendo uma possível decretação em Portugal de valores limite mais restritivos, a
Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (ERSE) aprovou um projecto para a
caracterização dos campos B gerados por equipamentos da Rede de Distribuição onde haja
exposição pública, denominado “Gestão de Campos Magnéticos em Instalações da EDP”. Para o
efeito foram definidas várias instalações-tipo e efectuadas medidas nas suas proximidades,
seguindo as normas internacionais mais recentes e desenvolvidas sob mandato da Comunidade
Europeia (CE). Posteriormente, foi efectuada uma caracterização tridimensional das instalações
5
e das suas vizinhanças, com auxílio de um software de cálculo profissional, Narda EFC-400LF, e
das medidas realizadas de campo B realizadas in loco.
Este trabalho consiste em desenvolver modelos tridimensionais de alterações
geométricas e blindagens nos PTs previamente modelados, de modo a reduzir o campo B nas
áreas sensíveis. Posteriormente, o valor dos novos campos emitidos pelo PT será extrapolado
para locais onde exista exposição pública continuada e as referidas modificações serão
optimizadas. Estas alterações têm em conta recomendações internacionais existentes e
resultados de um diálogo com a EDP e seus empreiteiros por forma a ter em conta as restrições
práticas de projecto.
O resultado do estudo será uma proposta fundamentada, baseada na praticabilidade das
soluções e no cálculo dos campos B gerados, das alterações estruturais a implementar nos PTs.
Com isto, espera-se tirar ilações de modo a generalizar as conclusões para outras instalações
deste tipo.
Esta dissertação encontra-se dividida em sete capítulos, os quais são precedidos pelos
Agradecimentos e por um Resumo e um Abstract da dissertação, aos quais se segue o Índice e
as Listas das Figuras, das Tabelas e dos Símbolos e Abreviações presentes no texto. No final
apresentam-se a Bibliografia e os Anexos. Relativamente aos sete capítulos apresenta-se agora
um pequeno resumo de cada um.
No Capítulo 1, a Introdução, dá-se uma visão global dos estudos efectuados e
estratégias seguidas por países e organizações devido às incertezas que residem em torno dos
efeitos da exposição humana a CEMEBF.
No Capítulo 2, designado Enquadramento Teórico e Software Utilizado, apresenta-se o
programa de cálculo utilizado e faz-se uma breve introdução ao cálculo do campo B.
No Capítulo 3, cujo título é Medidas de Mitigação Aplicadas nos PTs e Simulação no
EFC-400LF, explicam-se as medidas de redução de campo que serão implementadas, e
referem-se quais são os parâmetros de simulação e normas internacionais utilizadas.
Nos Capítulos 4, 5 e 6, aplicam-se as medidas de mitigação nos casos de estudo e são
apresentados os resultados obtidos.
No último capítulo, o Capítulo 7, designado Conclusões e Propostas para trabalhos
futuros, são apresentadas, para além das conclusões do trabalho desenvolvido, possíveis linhas
de desenvolvimento para trabalhos futuros.
7
2. Enquadramento Teórico e Descrição do Software
Utilizado
Os problemas fundamentais para a determinação da exposição humana a emissões
electromagnéticas não-ionizantes são a medição e o cálculo dos CEMEBF. Existem vários
métodos e equipamentos especializados para efectuar a determinação do valor do campo B in
loco, enquanto que para o cálculo são utilizados métodos numéricos para resolver as equações
diferenciais não lineares da magnetostática (18).
Actualmente existem diversos pacotes de software que calculam a distribuição de CEM,
com base nas equações fundamentais do electromagnetismo, em ambientes bidimensionais (2D)
e tridimensionais (3D), sendo que estes requerem um modelo do objecto observado e a
identificação de todas as fontes de campo (19). Quando o sistema é muito complexo, e existem
muitas fontes de campo, utiliza-se o princípio da sobreposição para dividir as fontes em
elementos infinitesimais e o campo total será a soma de todas as contribuições num dado ponto
do espaço (18).
2.1. Cálculo do Campo B
Para campos electromagnéticos de variação lenta, o comprimento de onda das
grandezas eléctricas é muito superior ao do circuito. Pode dizer-se que estamos no regime quasi-
estacionário quando o tempo de propagação da onda no condutor é muito menor que o período
da onda, ou seja, , como é descrito na equação 2.1.
(
)
⏟
(
)
⏟
(2.1)
Onde, é a velocidade da luz, é o comprimento físico do circuito e o comprimento de onda
das grandezas eléctricas. Devido a este facto, os campos E e B podem ser considerados
independentes, quando as grandezas eléctricas nos circuitos são de baixa frequência, dado que
as correntes de condução são muito superiores às de deslocamento , ou seja,
(1).
O cálculo da distribuição do campo magnético de baixa frequência pode ser efectuado
utilizando o princípio da sobreposição, isto é, aproximando o circuito por elementos infinitesimais
filiformes, .
De acordo com a lei de Biot-Savart, o segmento , mostrado na Figura 2.1, produz
um campo magnético, num ponto T do espaço, igual a:
(2.2)
8
Onde representa a intensidade de corrente no condutor, é um elemento infinitesimal do fio,
é a distância entre o elemento e um ponto do espaço (por exemplo T) e é ângulo entre o
elemento e o vector (ver Figura 2.1) (20).
Na Figura 2.1 está representado um elemento infinitesimal de um condutor percorrido por
uma corrente e verifica-se que existe simetria de rotação; logo, o campo de indução magnético
é obtido utilizando um sistema de coordenadas cilíndricas (equação 2.3)
∮
(2.3)
Onde ( , , - são vectores unitários no sistema de coordenadas cilíndrico (r, z,
)).
O produto vectorial da equação 2.3 é dado por:
(2.4)
Logo, a equação 2.3 pode ser reescrita,
∮
∮
(2.5)
Considerando que e
e
, substitui-se na equação 2.5 e obtém-
se:
∫
∫
∫
(2.6)
Integrando a equação 2.6, obtém-se a densidade do campo de indução magnética, e
dada por:
(2.7)
O campo B, num dado ponto no espaço, pode ser calculado somando todas as
contribuições de todos os condutores (princípio da sobreposição). Os condutores são
aproximados por segmentos infinitesimais de comprimento . Os dados necessários para
calcular a contribuição de cada segmento, para o campo total num dado ponto, são a posição, a
corrente e o ângulo de desfasagem. Como se pode verificar na equação 2.7, a direcção do
campo B é definida pelo vector unitário , no sistema de coordenadas cilíndricas. Como a
posição dos segmentos varia no espaço, tal como a direcção dos vectores das respectivas
9
contribuições, é necessário separar o vector do campo de indução magnética resultante em
componentes, na direcção de cada eixo global de coordenadas
r
z
dR
T
θ1 θ2
β
dβ
Rdβ α β
dll
Figura 2.1 - Aproximação do circuito unifilar por elementos infinitesimais
Para um dado segmento AB, num sistema de coordenadas cartesianas, apresentado na
Figura 2.2, a expressão da indução magnética no ponto C, induzida pela corrente do segmento
k é dada por:
(
) (2.8)
Onde AP, AC, PB e BC são distâncias entre os pontos assinalados na Figura 2.2.
x
y
z
A (x1, y1, z1)
P
B (x2, y2, z2)
C (x,y,z)
i
θ2
θ1
Figura 2.2 - Segmentos de um fio num sistema de coordenadas rectangular
Para separar o vector de indução magnética nas suas componentes é necessário saber
a direcção no sistema global. A direcção da indução magnética é perpendicular ao plano definido
10
pelos vectores e , logo é igual à direcção da componente vectorial resultante do produto
externo.
|
| (2.9)
Os cosenos dos ângulos, criados pelo vector do campo de indução e os eixos do
referencial cartesiano, x, y e z, são iguais ao quociente entre a componente individual dos eixos e
da resultante, ou seja:
{
√
√
√
(2.10)
Tendo em conta que √
.
Sabendo os cosenos dos ângulos é possível determinar cada componente da indução
magnética no domínio do tempo.
{
(2.11)
O campo de indução magnética total, produzido por segmentos, é obtido através de:
√(∑
)
(∑
)
(∑
)
(2.12)
Em que , e são as componentes da indução magnética do segmento .
Logo, o valor da eficaz ( ) da indução magnética, que modela todos os componentes
do PT, é dado por:
√
∫
(2.13)
Onde ∑ , ∑
e ∑
são as contribuições totais,
num dado ponto do espaço, para o campo de indução magnética, de todos os segmentos
infinitesimais em que o circuito foi dividido.
2.1.1. Elementos Metálicos
Em materiais condutores são induzidas forças electromotrizes sempre que estejam
expostos a campos de indução magnética variáveis no tempo e, se houver um caminho fechado,
11
existe uma circulação de correntes (20). Este fenómeno é descrito pela equação de Faraday
(2.14):
(2.14)
(2.15)
Observando as equações 2.14 e 2.15 verifica-se que as linhas do campo eléctrico
induzido, , são fechadas e abraçam as linhas do campo B variável no tempo, como se encontra
ilustrado na Figura 2.3. Se o campo B for estacionário então não existe campo E induzido (1).
Figura 2.3 - Campos B variáveis no tempo originam campos E induzidos (1)
Às correntes induzidas no metal dá-se o nome de eddy currents ou Foucault currents, e
estas são uma das causas que levam à redução do campo B, visto que produzem um campo
magnético num sentido oposto ao que induziu as correntes. Este resultado pode ser observado
na Equação 2.16 que retrata o problema 2D.
(2.16)
Em que é o potencial vector magnético (unidades: , Weber por metro) e é a
densidade de corrente de excitação. Estes dois vectores só têm uma componente segundo o
eixo dos , devido ao facto de se considerar um modelo em duas dimensões (20).
Por outro lado, em materiais ferromagnéticos ( ) há um desvio das linhas de
campo magnético, flux shunting, e este efeito é utilizado para blindagem magnética. Os dipolos
magnéticos do material tendem a alinhar-se com o campo magnético, originando um caminho de
baixa relutância magnética. O campo total mantem-se, ou seja, é a soma do fluxo que é desviado
pela presença do material ferromagnético com o fluxo que não é desviado, mas o campo B é
reduzido para além do material.
A capacidade de reduzir o campo magnético está intrinsecamente relacionada com a
permeabilidade magnética, , do material que se utiliza, e é tida em conta nas simulações que
se efectuam.
A equação 2.17 combina todas as propriedades dos materiais metálicos referidas
anteriormente. A variável dependente, utilizada para na resolução desta equação, é a
componente segundo do potencial vector magnético.
12
(2.17)
Em que é a frequência angular, é a condutividade eléctrica, a permeabilidade, a
permitividade e é a densidade de corrente devido à fonte externa.
Acrescenta-se o facto de se considerar que a relação entre o campo B e H é linear
( ) e que a condutividade do material é constante ( ). As relações entre as grandezas
são, em geral, não lineares, dependendo da temperatura, no caso da condutividade, e da
amplitude do campo de indução, no caso da permeabilidade magnética (21).
2.2. Narda EFC-400LF - Electric and Magnetic Field Calculation
O software utilizado para o cálculo da distribuição do campo B e aplicação das medidas
de mitigação foi o EFC-400LF da Narda Safety Test Solutions. Este programa consiste numa
parte responsável pelo input e representação gráfica dos dados e outra que executa os cálculos
numéricos. A base teórica dos cálculos do campo B assenta nas leis de Biot-Savart e Faraday e
as equações diferenciais são resolvidas com recurso ao Método dos Elementos Finitos (MEF)
(22).
INPUT FILE
OUTPUT FILE
NUMERICAL CALCULATION OF ELECTRIC AND MAGNETIC FIELD
· DATA ENTRY· DATA LOADING· DATA PRESENTATION
Figura 2.4 - Diagrama de Blocos que representa o EFC-400LF (19)
Este programa possui uma biblioteca com um elevado número de modelos
tridimensionais de equipamentos eléctricos (transformadores, QGBTs, seccionadores, cabos de
MT e BT) de vários fabricantes, que podem ser interligados, e de outros objectos, tais como
habitações, viaturas, pessoas e redes metálicas. É possível modificar as dimensões físicas e
propriedades eléctricas de todos os modelos incluídos no software de modo a obter
representações fidedignas e verificar o impacto que a variação de parâmetros tem na distribuição
de campo calculada. Os menus de selecção e configuração de equipamentos são apresentados
no Anexo 1.
Nos PTs em estudo, que serão caracterizados posteriormente, existem vários elementos
metálicos intrínsecos aos edifícios onde se encontram inseridos e que têm de ser correctamente
modelados. Além disso, utilizam-se redes metálicas adicionais como forma de redução do campo
B calculado. No software utilizado existem três formas de considerar a blindagem proporcionada
por estes elementos metálicos:
Definir um factor de mitigação constante para os blocos dos equipamentos em
utilização;
13
Incluir no modelo computacional blocos extra, disponíveis na biblioteca, destinados
exclusivamente à blindagem electromagnética, onde é imposto um factor de
mitigação constante;
Inserir no modelo computacional redes metálicas (malhas) que modelam os
elementos ferromagnéticos.
O factor de mitigação constante pode ser aplicado a qualquer bloco, podendo ser
definido pelo utilizador ou então escolhido a partir de uma biblioteca que possui factores de
mitigação típicos para vários metais com diferentes propriedades (espessura e forma) em função
da frequência, calculados com base na profundidade de penetração2. Podem-se inserir
elementos de alta permeabilidade magnética, destinados à blindagem de CEM, presentes na
biblioteca do EFC-400LF, mas, tal como no caso anterior, são definidos factores de mitigação
constantes, típicos para este tipo de equipamentos.
Além desses métodos, é possível modelar elementos metálicos utilizando malhas de
rede com vários parâmetros definidos pelo utilizador, tais como a área da malha, retícula,
secção, resistividade eléctrica, permeabilidade magnética relativa e permitividade eléctrica
relativa (supõe-se que todos os materiais são lineares e isotrópicos e desprezam-se os efeitos
térmicos e de saturação magnética). Neste método são calculadas as correntes induzidas em
cada segmento da malha, cujo comprimento depende da resolução de cálculo definida pelo
utilizador, com base nas leis da magnetostática descritas no capítulo 2.
Comparando o último método com os dois anteriores, onde se definem factores de
redução constantes, verifica-se que o tempo de simulação é muito superior, devido aos cálculos
adicionais, e aumenta exponencialmente com a área da malha. Os principais menus de
configuração e selecção de blindagens são apresentados no Anexo 2.
Além das características referidas, o software dispõe ainda das seguintes
funcionalidades:
Possibilidade de definir irregularidades do solo através da importação de perfis que
representam a topografia do mesmo;
Os resultados dos cálculos podem ser representados nas mais variadas formas, tais
como, planos XYZ em 2D e 3D, com e sem isolinhas. A plataforma 3D em conjunto
com as isolinhas representa uma das mais-valias do programa;
Capacidade de importação de um mapa de fundo (por exemplo a planta de um
Posto de Transformação).
2 A profundidade de penetração é definida como sendo √ ⁄ ; por cada troço de
comprimento percorrido pela onda na direcção de propagação existe uma atenuação do campo no valor
de .
14
A incerteza máxima na realização do cálculo do campo B, no caso de se considerar um
condutor rectilíneo, é de a desse condutor. Se se modelarem geometrias mais
complexas, o erro de cálculo pode ir desde até no pior dos casos, dependendo da
precisão de cálculo definida.
Outro aspecto importante é o facto deste software ser certificado pela norma CEI 62271-
208 que, para além de fornecer um guia para a avaliação e documentação dos campos
magnéticos externos gerados por equipamentos pré-fabricados e/ou normalizados, prevê
também regras técnicas de cálculo dos campos, estabelecendo condições para a avaliação da
precisão dos pacotes de software específicos aplicáveis.
2.3. Conclusões
Neste capítulo foram introduzidas as leis fundamentais para o cálculo do campo B em
qualquer ponto do espaço. Começou-se por apresentar a lei de Biot-Savart e, com recurso ao
teorema da sobreposição, apresentou-se uma expressão que calcula a contribuição de um
condutor percorrido por uma corrente, num dado ponto do espaço, para o campo B total.
Seguidamente foram introduzidos os materiais metálicos e descreveu-se matematicamente o
porquê de serem utilizados para redução de campo B.
No segundo ponto foi descrito o software utilizado dando-se particular ênfase à forma
como são modelados os elementos metálicos. Apresentaram-se algumas características
importantes do programa, as certificações que este possui e os intervalos de erro no cálculo do
campo B.
13
3. Medidas de Mitigação Aplicadas nos PTs e Simulação
no EFC-400LF
Na fase de simulação é necessário garantir que todos os cálculos do campo B seguem
recomendações internacionais específicas, que variam com a frequência dos campos, a zona
afectada e o objectivo do estudo, de modo a que os resultados sejam comparáveis com outros
trabalhos do género. Recorrendo a um software de cálculo de campo profissional é possível
calcular e extrapolar o campo para locais de interesse de difícil acesso, tal como o interior de
habitações, e determinar, com grande exactidão, o desempenho das medidas de mitigação.
Seguidamente serão sucintamente descritas algumas das normas internacionais
utilizadas e aspectos da simulação no EFC-400LF. Serão mostrados alguns aspectos e
conclusões das simulações efectuadas quando se consideram os elementos metálicos presentes
na estrutura dos edifícios, tais como as armaduras existentes nas lajes. Por fim apresentam-se
as medidas de mitigação aplicadas nos Postos de Transformação de MT/BT em estudo.
3.1. Normas Seguidas nas Simulações
De modo a avaliar a exposição pública prolongada ao campo B, foram seguidas várias
normas técnicas internacionais, tanto nas medidas efectuadas in loco para a concepção dos
modelos como nas extrapolações realizadas nas simulações. De entre as mais importantes
destacam-se:
EN 50413:2008 - Standard Europeu que estabelece métodos para medidas e
cálculos para a determinação da exposição humana a CEM na gama de frequências
dos 0 Hz a 300 GHz. Para uma frequência inferior a 3 kHz, a norma sublinha que o
efeito dos campos se manifesta sempre na região reactiva (não se manifesta como
radiações) e próximos, ou seja, que os pontos de valor idêntico são predominante
esféricos e não planares. Esta norma impõe a existência de, pelo menos, 12 pontos
de medida e a apresentação das características da fonte de campo e do instrumento
utilizado e respectiva calibração;
IEC 61786:1998 - Define requisitos mínimos de incerteza, métodos de calibração,
terminologia e especificações a cumprir pelos instrumentos para a medição de
valores RMS de campos quase-estacionários na gama de 15 Hz a 9 kHz;
CIGRE WG C4-203:2009 - Este documento pretende servir de guia técnico das
melhores práticas de realização de medidas e cálculos de campos B de
extremamente baixa frequência na proximidade de equipamento de transporte e
distribuição de energia. Tal como a norma EN 50413:2008, exige-se o registo de
14
todas as condições em que são realizadas as medidas do campo B, como por
exemplo as correntes dos condutores;
IEC 62110:2009 - Esta norma vai directamente de encontro ao objectivo de analisar
a exposição prolongada a campos B, definindo métodos de medida do campo em
locais acessíveis à população em geral ou num ambiente doméstico, e visa a
determinação de médias espaciais de campo no corpo humano. Se o campo for
considerado não uniforme, a norma define que a média deve ser baseada em três
pontos de medida situados à altura de , e metros relativamente ao solo ou
soalho. Na proximidade de um equipamento ou parede, a medição deverá ser
realizada à distância de metros da respectiva superfície. O campo médio será a
média aritmética dos três valores medidos. Caso a altura da parede seja inferior a
metros e igual a , os três pontos de medição deverão estar distanciados de
H/3, como mostra a Figura 3.1.
Figura 3.1 - Pontos de medição para determinação da média espacial (23)
Como se pode verificar, as normas IEC 61786:1998 e EN 50413:2008 referem os
métodos de calibração a utilizar nos equipamentos e o facto que se deve registar as
características das fontes de campo e utilizar um número mínimo de pontos de medição.
Por outro lado, a norma IEC 62110:2009 e o guia técnico WG C4-203:2009 definem
procedimentos específicos, para a determinação de CEM gerados por equipamentos de
transporte e distribuição de energia, com o intuito de determinar os níveis exposição humana
crónica a CEMEBF.
3.2. Elementos Metálicos na Estrutura dos Edifícios
As fontes de campo de B estudadas neste trabalho são os PTs localizados no interior de
edifícios residenciais e, por questões de acessibilidade, estes são normalmente construídos no
rés-do-chão ou na cave dos prédios. Neste tipo de construções é usual utilizar lajes
15
fungiformes/vigadas de betão armado, para que a estrutura resista a esforços, que contêm
elementos metálicos, sendo que as espessuras e armaduras das lajes são essencialmente
condicionadas pelos vãos (distância entre pilares adjacentes) e cargas actuantes (24).
Embora o tema do trabalho seja a implementação de medidas de mitigação nos PT,
efectuou-se um estudo para determinar se a laje que fica imediatamente por cima do PT tem
algum efeito de redução no campo calculado no interior das habitações localizadas no piso
superior, de modo a melhorar os modelos computacionais dos casos de estudo.
Em Portugal, tratando-se da laje que fica por cima do PT, para vãos correntes ( a
metros) e situações de sobrecargas de utilização usuais ( a ), a laje deverá ter entre
e de espessura. Para efeitos de simulação, considerou-se que as armaduras são
constituídas por malhas quadradas com um diâmetro de 16mm e retícula de , no caso da
face inferior, e diâmetro de e retícula de na face superior. Realça-se o facto de
estes serem valores médios, a título indicativo, para este tipo de construções.
Os aços usados na construção são aços “macios”, ou seja, de baixo teor de carbono
(normalmente têm teores em carbono compreendidos entre e ) (25). Como existe
uma grande panóplia de diferentes composições para esta liga, optou-se por utilizar os seguintes
valores médios para os parâmetros eléctricos:
Tabela 3.1 - Propriedades eléctricas utilizadas para modelar o aço macio
Aço Macio
Resistividade,
0.205
Permeabilidade
Magnética Relativa, 100
Permitividade Eléctrica
Relativa, 1
Concluiu-se que a inclusão destas malhas no modelo proporciona, em média, um factor
de mitigação típico de dois. Contudo, efectuaram-se vários estudos de sensibilidade de
parâmetros, para averiguar qual a dependência do factor de mitigação, com as seguintes
propriedades:
Dimensões e posição da armadura relativamente ao PT:
Aumentando as dimensões da laje e colocando o PT no centro desta, o factor de
mitigação tende a subir, devido à eliminação dos efeitos de fronteira existentes na
periferia da armadura. Se se comparar o caso em que a malha tem as dimensões
exactas do PT (a mesma área e alinhada) com uma malha aproximadamente
infinita, a diferença entre os factores de mitigação será de , na periferia da
malha, enquanto que no centro será de , na área imediatamente por cima do
PT;
16
Distância da laje à fonte de campos B:
Quando é efectuada uma variação da distância entre a armadura e a fonte de
campo B, actuando no pé-direito da sala, verifica-se que o campo calculado sofre
modificações. Relativamente à posição de referência da laje, em ,
quando se baixou o factor médio de mitigação aumentou e quando se
aumentou diminuiu , considerando um plano de cálculo constante em
. Se se considerar que quando a laje desce o plano de medição não pode
ser o mesmo da situação inicial, uma vez que se pretende determinar o valor do
campo B no interior das habitações a alturas constantes, verifica-se que são
obtidos valores consideravelmente superiores de campo B quando o pé-direito da
sala do PT diminui e, no entanto, atesta-se que o factor de mitigação
proporcionado pelas malhas aumenta. Isto indicia que o campo decai mais
rapidamente com o aumento da distância do que com a proximidade da laje;
Resistência eléctrica, actuando no diâmetro das malhas:
Comparando os resultados obtidos com uma armadura constituída por malhas
com um diâmetro de (secção de ) com malhas de (secção
de ) verifica-se que o campo B calculado reduziu-se em cerca de .
Aumentando o diâmetro das malhas para (secção de ) verifica-se
que o campo reduziu-se, em média, apenas , comparativamente à situação
em que se utilizaram malhas com um diâmetro de , o que indicia que outros
factores passaram a ser determinantes, tais como a dimensão da laje e posição do
PT relativamente a esta;
Permeabilidade magnética relativa:
Variando a permeabilidade magnética relativa da armadura entre e (tomou-
se o valor como referência) constatou-se que o campo calculado tende a
diminuir ligeiramente quando se considera uma permeabilidade mais elevada;
Distância entre a face superior e inferior da armadura:
Alterando a separação entre as duas faces que constituem a armadura, para
, ao invés dos 10cm considerados inicialmente, observou-se que os valores
de campo calculado foram aproximadamente iguais, tendo aumentado cerca de
.
Como se pode verificar, a armadura metálica da laje oferece uma redução de campo
considerável e mostra uma razoável robustez à variação da maioria dos parâmetros. As maiores
diferenças foram observadas quando se variou a área da armadura, porque se consideraram
dois casos extremos. No Anexo 3 são apresentadas simulações onde se pode verificar a
influência da presença da armadura metálica no modelo computacional.
Efectuou-se um estudo semelhante para os caminhos de cabos, que servem de suporte
aos cabos de BT em alguns dos PTs estudados, tendo-se concluído que a mitigação de campo B
17
proporcionada por estes elementos é irrisória. Não se consideraram as paredes de betão armado
dos edifícios porque o objectivo do trabalho é generalizar os resultados obtidos com as medidas
de mitigação aplicadas e não é possível prever a existência e/ou localização destas paredes nos
espaços onde estão instalados os PT.
Devido aos resultados obtidos, incluiu-se a armadura da laje nos modelos, utilizando
parâmetros típicos apresentados inicialmente, sempre que se efectuarem simulações para
determinar o campo B nas habitações localizadas por cima do PT.
3.3. Medidas de Mitigação Utilizadas nos PTs
Os Postos de Transformação de MT/BT efectuam a última conversão dos níveis de
tensão (tensão composta de com uma frequência de em Portugal) antes da
electricidade chegar dos clientes domésticos (Figura 3.2). No lado da BT, os níveis de tensão
diminuem, mas a amplitude da corrente aumenta, levando à criação de campos B
particularmente intensos (15).
Figura 3.2 - Exemplo do interior de um Posto de Transformação estudado
Existem vários estudos para mitigação de campos B em instalações deste tipo e diversas
soluções técnicas foram apresentadas actuando principalmente na disposição dos cabos de BT,
ou na possibilidade de blindagem passiva de vários componentes com diferentes tipos de
materiais (26) (27) (28). Os resultados da aplicação destas medidas são satisfatórios, mas são
pouco práticas e acarretam um elevado custo. Também foram estudados métodos de mitigação
activa, mas são, geralmente, muito complexos e dispendiosos (29) (30).
Para mitigar o campo B nos PTs deve-se estudar a contribuição de cada componente,
para adequar as medidas de redução de campo e, como foi mencionado, o principal problema
está localizado no lado de baixa tensão dessas instalações (15). As principais contribuições para
o campo total são provenientes do transformador, dos cabos de baixa tensão e do quadro geral
de baixa tensão (QGBT), porque são os elementos percorridos pelas correntes de maior
18
intensidade. Além disso, a posição dos elementos na sala influencia grandemente o campo
calculado nas áreas de interesse, sendo comum caracterizar os PTs pela posição dos
condutores de BT (31).
Como as áreas onde se pretende reduzir a exposição aos campos B são as habitações
(locais de exposição continuada) localizadas na proximidade das instalações dos PTs,
denominadas de áreas de interesse, e pretendem-se obter resultados generalistas e de fácil
extrapolação para outras instalações deste tipo, as medidas de mitigação terão de ser
implementadas no interior do PT (Figura 3.3). Além disso, as alterações terão de ser baixo custo,
de fácil execução e têm de ter em conta possíveis restrições práticas do projecto.
Figura 3.3 - Escolhas possíveis em termos de redução de campo. A) Situação inicial B) A mitigação pode ser efectuada directamente na fonte, numa área de interesse, ou numa pequena região da área de interesse (29)
Para avaliar o desempenho e adaptar as medidas de mitigação a aplicar é imperativo
conhecer a distribuição inicial do campo B na instalação. Este estudo está a ser efectuado tendo
por base três PTs previamente modelados e calibrados, típicos de zonas urbanas de Portugal,
com diferente configuração interna, potência nominal, equipamento e áreas de interesse (32) (33)
(34).
A modelação computacional é uma mais-valia porque permite a análise de um grande
número de cenários, variando cargas, zonas de interesse e análise de várias medidas de
mitigação. Devido a esse facto, efectuam-se as seguintes modificações nos casos de estudo:
· Alteração da disposição dos cabos de BT;
· Modificação do percurso dos cabos de BT;
· Afastar o QGBT e Transformador das paredes que delimitam o PT;
· Configuração Back to Back;
· Variação das dimensões dos interruptores tetrapolares;
· Inserção de elementos metálicos entre o QGBT e transformador.
19
Estas medidas são estudadas de uma forma cumulativa, sempre que possível, de modo
a avaliar se existe uma progressiva redução do campo calculado quanto duas ou mais medidas
são adicionadas. Nos pontos seguintes descrevem-se, com detalhe, as medidas de mitigação a
aplicar.
3.3.1. Alteração da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão
A escolha adequada da disposição dos cabos de baixa tensão tem um impacto
significativo sobre o valor do campo B emitido. Desta forma, a primeira medida a tomar de modo
a reduzir as emissões de campo B é agrupar os condutores o mais próximos possível, já que a
distância entre eles tem uma grande influência no campo emitido.
O segundo ponto a ter em conta é a posição relativa entre as três fases, R, S e T. O
campo B resultante é obtido a partir da adição dos três campos produzidos por cada fase. A
intensidade e forma do campo resultante são determinadas pela localização de cada fase,
criando um campo B caracterizado em cada ponto no espaço circundante do cabo com uma
diferente direcção resultante e amplitude (15) (35).
Dependendo da potência nominal do transformador podem ser utilizados vários
condutores paralelos por fase, geralmente variando de 1 a 3 cabos, por forma a facilitar as
ligações e a execução do percurso nas instalações, que seria dificultado pelo uso de secções
muito elevadas.
Todas as ligações entre o QGBT e Transformador nos PTs estudados são efectuadas
com recurso a 2 condutores de fase e 1 neutro através de 7 cabos (2 para cada uma das fases e
1 para o neutro), estando dispostos em esteira, sendo que os cabos da mesma fase são
adjacentes, como mostra a Figura 3.4 A).
Na Figura 3.4 B) é apresentada a configuração proposta baseada em vários artigos
publicados (36) (15). Na Figura 3.5 mostra-se uma comparação entre o campo emitido utilizando
ambas as configurações, com correntes e escala iguais em ambos os casos, onde o factor de
mitigação médio foi de (calculado com base em oito pontos definidos em torno dos cabos).
Foram efectuadas mais simulações, utilizando diferentes relações entre as correntes das fases e
neutro, conforme verificado in loco, de modo a verificar a consistência dos resultados.
N S S T T R R
α
T T R
SN
S
R0,86α
α
A) B)
Figura 3.4 - Configurações geométricas alternativas para os cabos de baixa tensão: A) esteira; B) dupla camada
20
Figura 3.5 - Comparação entre o campo B emitido por cada configuração dos cabos de BT: A) esteira; B) esteira
com dois níveis
Esta medida de mitigação produz uma redução de campo considerável, e a sua
implementação poderá ser conveniente para reduzir o campo B nas áreas sensíveis.
3.3.2. Modificação do Percurso dos Cabos de Baixa Tensão
Esta medida consiste no reencaminhamento dos cabos de baixa tensão, que são uma
das principais fontes de campos B, e será aplicada em PTs onde os referidos cabos estejam
próximos do tecto. Esta modificação será implementada em conjunto com a alteração da
disposição dos cabos descrita no ponto anterior.
Com isto pretende-se determinar se o aumento da distância entre os referidos cabos e as
áreas de interesse provoca uma redução de campo assinalável nas áreas sensíveis, quando se
utiliza uma disposição de baixo campo emitido.
Além dos aspectos referidos, esta modificação também vai permitir a modificação da
posição de equipamentos que será descrita no ponto seguinte.
3.3.3. Afastamento do QGBT e Transformador das Paredes que Delimitam o PT
O campo B, calculado nas áreas de interesse, diminui de intensidade com o aumento da
distância, , relativamente à fonte. No entanto, a taxa de redução depende do tipo de fonte. Para
campos B emitidos por transformadores, estes diminuem muito rapidamente com o aumento da
distância ( ), enquanto que o campo radiado por circuitos com vários condutores decai mais
lentamente ( ) (37) .
Sabendo que o QGBT e o Transformador são das mais importantes fontes de campo B,
agravado pelo facto de estarem usualmente colocados na proximidade das paredes que
delimitam o PT (por questões de acessibilidade), torna-se necessário reduzir a contribuição
destes elementos nas áreas de interesse (habitações adjacentes ao PT), que pode chegar às
dezenas de e que será dispendioso reduzir de outra forma.
21
Devido aos factos apresentados, efectua-se um afastamento gradual de ambos os
elementos relativamente à parede, de modo a verificar a redução do campo com a distância. Tal
como no caso anterior, esta medida será implementada tendo por base o modelo onde se alterou
o percurso dos cabos de baixa tensão.
3.3.4. Configuração Back to Back
Como foi visto em 3.3.3., uma boa medida de redução do campo nas áreas de interesse
é o afastamento do transformador e QGBT das paredes que delimitam o PT. A solução ideal
converge para a configuração Back to Back (B2B), que consiste em agregar o transformador e o
QGBT, colocando-os o mais próximos possível no centro da sala onde está o PT, como
exemplifica a Figura 3.6.
Com esta medida, diminui-se o tamanho de todo o circuito de BT fazendo com que as
principais fontes de campo estejam concentradas numa área reduzida, o que leva a uma menor
dispersão de campo, e o campo seja reduzido nas áreas sensíveis (38) (31). Além da redução do
campo B nas habitações adjacentes, devido ao aumento da distância, verifica-se que o campo
nas habitações localizadas por cima do PT também é reduzido. Isto deve-se à eliminação dos
efeitos na periferia da armadura da laje.
Contudo, esta solução necessita de uma estrutura rígida que suporte o QGBT o que
pode dificultar a implementação desta medida em PTs já construídos.
Figura 3.6 - Exemplo de um modelo de um Posto de Transformação com a configuração Back to Back
3.3.5. Variação das Dimensões dos Interruptores Tetrapolares
O QGBT é uma das principais fontes de campo B e, devido a esse facto, estuda-se a
possibilidade de reduzir o campo nas áreas de interesse actuando na distância entre os
barramentos, utilizando interruptores tetrapolares mais compactos.
22
Nos PTs mais recentes, verificou-se que os interruptores tetrapolares utilizados são da
SOCOMEC e que existem diferenças consideráveis nas dimensões físicas (entre os
barramentos) dos modelos mais utilizados, Sirco 1250A e Sirco CD 1250A (39). Ambos os
interruptores possuem a mesma corrente nominal para uma tensão composta de , mas
existem características distintas, nomeadamente a corrente de curto-circuito que é suportada
durante , no Sirco CD 1250A e no Sirco 1250A, e o número de ciclos de
funcionamento, no Sirco CD 1250A e no Sirco 1250A.
Na Figura 3.7 são mostrados os dois tipos de interruptores referenciados em instalações
da EDP.
Figura 3.7 – Exemplo de dois interruptores tetrapolares em PTs, A) SOCOMEC Sirco 1250A num PT com potência
nominal de 400 kVA B) SOCOMEC Sirco CD 1250A num PT com potência nominal de 2 630 kVA
Observando a Figura 3.8 e Tabela 3.2 verifica-se que a distância entre o centro dos
barramentos adjacentes é de para o modelo 1250A (distância total de
) e de para o CD 1250A (distância total de ).
Figura 3.8 - Esquemático de frente e perfil dos interruptores tetrapolares Sirco 800 a 1800A (39)
Tabela 3.2 - Dimensões físicas, em mm, dos interruptores tetrapolares Sirco CD 1250A e 1250A (39)
Rating (A) Switch Body F 4p. Switch Mounting M 4p. Connection
T U V Y X1 X2 Z
CD 1250A 360 335 80 60 65 7 47,5 47,5 46,5
1250A 492 467 120 90 44 8 53,5 53,5 47,5
23
Além da utilização nos QGBTs estes interruptores também podem ser usados em
ligações inter-QGBT, conforme ilustrado na Figura 3.9.
Como esta medida envolve a substituição de um equipamento, esta deverá ser aplicada
na fase inicial do projecto, para evitar custos excedentários.
Figura 3.9 - Exemplo de uma ligação inter-QGBT utilizando um interruptor tetrapolar Sirco CD 1250A
3.3.6. Configuração Back to Back com Elementos Metálicos
Os materiais metálicos são uma forma eficaz de mitigar o campo B e, devido a esse
facto, estudam-se os seus efeitos da sua inserção em PTs (26). Como foi referido anteriormente,
as medidas de mitigação estudadas neste trabalho têm em conta o custo de implementação e,
como tal, só se vão modelar painéis de rede e malhas metálicas, por serem fáceis de instalar e
de baixo custo.
Os painéis de rede são particularmente utilizados em protecções de segurança,
coberturas e divisórias, em conjunto com perfis de caixilharia, enquanto que as malhas metálicas
podem ser construídas usando barras de aço normalmente utilizadas na construção das
armaduras de lajes, pilares e vigas dos edifícios.
Para a implementação desta medida de mitigação utiliza-se o modelo Back to Back, onde
o transformador e o QGBT estão agregados no centro do PT. Como se pode atestar na Figura
3.10, os elementos metálicos são colocados entre o transformador e QGBT, havendo várias
razões para o sucedido:
O factor de mitigação aumenta com a proximidade à fonte de campo (29);
O local onde estão colocados os elementos metálicos não dificulta a reparação ou
substituição de componentes;
No caso da configuração Back to Back estar no projecto inicial do PT, é
relativamente económico construir uma parede ou armação, que tem a finalidade de
suportar o QGBT, com elementos metálicos embutidos.
24
Figura 3.10 – Modelo Back to Back de um PT com um painel de rede entre o QGBT e Transformador com uma retícula de 3cm
Os metais utilizados na fabricação dos painéis de rede são o alumínio anodizado e o
ferro zincado e as barras, utilizadas na construção civil para construir a armadura da laje, são de
aço macio.
Os tratamentos anticorrosão mencionados são alterações superficiais, que afectam
camadas na ordem de umas dezenas de micrómetros e, devido a esse facto, na modelação não
se consideram essas heterogeneidades e utilizam-se valores médios bulk. Os parâmetros para o
aço serão idênticos aos utilizados na armadura da laje. Na tabela 3.3 são apresentados os
parâmetros eléctricos utilizados na modelação dos materiais.
Tabela 3.3 - Parâmetros eléctricos utilizados na modelação dos metais utilizados
Alumínio Aço
Resistividade,
0.02928 0.205
Permeabilidade
Magnética Relativa, 1 100
Permitividade Eléctrica
Relativa, 1 1
Serão efectuadas diversas simulações com diferentes malhas, variando o metal, retículas
e secções, de modo a determinar quais são as melhores opções para mitigar os campos B nas
zonas de interesse.
25
3.4. Caracterização das Simulações no EFC-400LF
Em todas as simulações efectuadas, admite-se o valor limite de referência de 1 µT para a
exposição humana a CEMEBF. Assim, considera-se que em Portugal se podem adoptar medidas
mais restritas, seguindo o exemplo de outros países da Europa, como a Suíça.
Os cálculos do valor de campo são efectuados a três alturas distintas no interior das
habitações ( , e ), que são as áreas de interesse, e, posteriormente, é calculada
a média aritmética, para determinar a exposição humana média.
Tal como já foi referido com capítulo 1, nesta fase considera-se que a carga nos
transformadores é de 50% da potência nominal. Isto acontece porque o objectivo final deste
estudo está relacionado com os possíveis efeitos crónicos, resultantes da exposição humana
prolongada aos campos B, e não com os confirmados efeitos agudos provocados por uma
exposição instantânea.
Para comparar o desempenho das medidas de mitigação é calculado o quociente entre o
somatório de todos os valores de campo obtidos para a situação final e a situação que antecede
a medida, para uma dada altura relativamente ao solo, e o resultado é apresentado em
percentagem, ou seja,
∑
∑
(3.1)
onde representa o valor de campo final e é o valor que antecede a medida de mitigação,
num ponto para uma dada altura de cálculo.
Sempre que se efectuar o cálculo do campo nas habitações localizadas por cima do PT é
feita a introdução de duas malhas metálicas que pretendem representar a armadura existente na
laje do edifício. Utilizam-se valores típicos para a armadura, ou seja, são constituídas por malhas
quadradas com um diâmetro de 16mm e retícula de , no caso da face inferior, e diâmetro
de e retícula de na face superior. Por limitação computacional, as dimensões das
malhas têm de ser limitadas, e, por isso, desloca-se a malha para os locais onde o campo é mais
elevado, respeitando sempre as fronteiras do edifício onde o PT se encontra inserido.
Em todas as simulações efectuadas os condutores foram divididos num número finito de
segmentos com uma resolução de . Considerando, hipoteticamente, uma
área total de cálculo de 16m2 (por exemplo e ) a matriz total do
sistema terá elementos.
3.5. Conclusões
Neste capítulo foram apresentadas as normas e recomendações internacionais seguidas
nas simulações efectuadas. Seguidamente, foram apresentados os resultados de um estudo
26
sensibilidade, variando os parâmetros em torno dos valores típicos, que procurou determinar a
mitigação proporcionada pela armadura da laje, quando é efectuado o cálculo do campo B nas
habitações localizadas por cima do PT. Constatou-se que o factor de mitigação depende
grandemente da área da laje e que é pouco sensível a variações da permeabilidade magnética
relativa e da secção das barras.
Foram descritas as medidas de mitigação de baixo custo que serão aplicadas nos
modelos dos PT e, por fim, apresentaram-se aspectos da simulação no software e algumas
considerações tomadas no decorrer do trabalho.
27
4. Mitigação no Posto de Transformação A
O primeiro estudo de mitigação incide sobre o modelo computacional do PT A, típico de
zonas urbanas de Portugal, situado no rés-do-chão do prédio onde se encontra inserido, com
relação de transformação de para e com uma potência nominal típica ( ) para
este tipo de localização.
Para modelar o PT, procedeu-se à colocação de todos os blocos (QGBT, transformador,
seccionadores, celas de MT e cabos MT/BT) nos devidos locais. Esta colocação foi realizada
com base nas fotografias do local (Figura 4.1) e na planta do PT cedida pela EDP. Na Figura 4.2
é mostrada a representação tridimensional do modelo computacional do PT em questão.
Figura 4.1 - Fotografias do interior do PT A, mostrando aspectos da sua arquitectura, situado no rés-do-chão do
prédio
Segundo as medições realizadas pelo LABELEC, as correntes registadas na BT foram
de 61A, 74A e 80A nas Fases e 35A no Neutro, o que corresponde a uma potência de cerca de
49,5 kVA, pouco menos de 1/8 da potência nominal deste transformador. Com estes valores para
as correntes calibrou-se o modelo e efectuou-se uma extrapolação para os locais onde existe
exposição humana a campos B.
28
Contudo, e tendo por base a determinação da exposição crónica, o estudo de mitigação
será desenvolvido para uma carga de 50% da potência nominal do transformador, ou seja, para
uma potência de , cerca de quatro vezes a verificada in loco. Devido a este facto,
consideraram-se correntes de º, º e º nas fases da BT, e uma
corrente no neutro de cerca de º.
Figura 4.2 - Modelo computacional inicial do PT A
As conclusões retiradas do relatório de modelação, na condição de uma carga de 50%
da potência nominal do transformador, foram:
· No interior dos apartamentos adjacentes ao PT, o campo B chega a um valor máximo de
, na zona dos barramentos do QGBT a de altura, atingindo o valor médio,
a de altura, de cerca de , sendo que o campo é superior a ao longo
de no interior do apartamento (o que equivale a uma área de cerca de );
· O transformador e os cabos de BT que saem do secundário também são uma importante
fonte de campo B, já que se calculou na proximidade destes elementos um campo B
máximo de , a de altura, e médio, em altura, de . Segundo este
perfil o campo é superior a ao longo de no interior do apartamento (o equivale
a uma área de segundo este perfil);
· Nos apartamentos localizados por cima do PT, o campo de indução magnética calculado
a de altura (que pretende representar de altura no apartamento), atinge
cerca de , e excede numa área de . Se se considerarem os valores
médios de campo, a de altura, constata-se que o valor de é superado numa
área de apenas e que o valor máximo é .
· Constatou-se ainda que a inclusão da armadura da laje afecta o valor do campo B
calculado nas habitações localizadas por cima do PT, reduzindo o campo, em média, por
um factor de dois.
29
Verifica-se que o valor de campo B no apartamento adjacente ao QGBT é
potencialmente problemático quando o transformador estiver a funcionar a cerca de da sua
potência nominal, mesmo que seja durante um pequeno instante de tempo, (a potência média
poderá ser inferior) dado que que o limite de estabelecido pelo ICNIRP, para a exposição
aguda do público em geral, e adoptado por Portugal é ultrapassado.
Figura 4.3 - Perfis definidos nas habitações adjacentes ao Posto de Transformação
Figura 4.4 - Perfil definido na habitação localizada imediatamente por cima do Posto de Transformação
30
Para comparar os valores de campo B iniciais com os obtidos após serem efectuadas as
alterações, definiram-se perfis de cálculo nas áreas de interesse. Nos apartamentos adjacentes
ao PT foram definidos três perfis, P1, P2 e P3 a da parece interior da habitação3,
efectuando-se o cálculo do valor de campo a , e de altura do solo (Figura 4.3).
Nas habitações localizadas imediatamente por cima do PT optou-se por definir um perfil, P4, a
passar pelas zonas onde o campo B é superior (Figura 4.4). As simulações foram efectuadas a
alturas de , e , que pretendem representar, respectivamente, , e
no apartamento imediatamente superior ao PT. A área da sala que contém o PT é de
e o pé-direito é de .
As modificações a efectuar neste caso de estudo são as seguintes:
1. Alteração da disposição/geometria dos cabos de BT;
2. Modificação do percurso dos condutores de BT;
3. Afastamento do QGBT e Transformador das paredes que delimitam o PT;
4. Aplicação da configuração Back to Back;
5. Variação da distância entre as barras do QGBT, utilizando a configuração Back to Back
(actuando nas dimensões do interruptor tetrapolar);
6. Configuração Back to Back com utilização de elementos metálicos.
4.1. Alteração da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão
Na execução desta medida de mitigação modificou-se a geometria dos cabos de BT,
utilizando o arranjo proposto anteriormente. Na Figura 4.5 é mostrado, em pormenor, a
disposição dos cabos de BT e na Figura 4.6 é apresentado o modelo utilizado na simulação. É
possível verificar que, nas ligações do secundário do transformador, a disposição dos cabos não
foi alterada, ficando a dever-se à forma como são efectuadas as conexões.
Figura 4.5 - Disposição dos cabos de Baixa tensão: A) modelo inicial B) modelo alterado
3 O perfil P1 está definido está definido numa zona exterior ao edifício, mas optou-se por traça-lo já
que se podem tirar conclusões do valor de campo B em PTs que possuam uma arrumação diferente.
31
Figura 4.6 - Modelo do PT A com a configuração dos cabos de baixa tensão modificada
Os resultados obtidos nos quatro perfis de cálculo encontram-se representados
graficamente nas Figuras 4.7 a 4.10.
Figura 4.7 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1, com disposição inicial e modificada dos cabos de BT
0
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Efeito da Modificação da Disposição do Cabos de BT Perfil P1
Calculado a 0,5m comnova disposição
Calculado a 1,0m comnova disposição
Calculado a 1,5m comnova disposição
Média a 1,0m comnova disposição
Calculado a 0,5minicial
Calculado a 1,0minicial
Calculado a 1,5minicial
Média a 1,0m inicial
32
Figura 4.8 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2, com disposição inicial e modificada dos cabos de BT
Figura 4.9 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3, com disposição inicial e modificada dos cabos de BT
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
B [μ
T]
Ponto
Efeito da Modificação da Disposição dos Cabos de BT Perfil P2
Calculado a 0,5m comnova disposição
Calculado a 1,0m comnova disposição
Calculado a 1,5m comnova disposição
Média a 1,0m comnova disposição
Calculado a 0,5minicial
Calculado a 1,0minicial
Calculado a 1,5minicial
Média a 1,0m inicial
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Efeito da Modificação da Disposição dos Cabos de BT Perfil P3 Calculado a 0,5m com
nova disposição
Calculado a 1,0m comnova disposição
Calculado a 1,5m comnova disposição
Média a 1,0m comnova disposição
Calculado a 0,5minicial
Calculado a 1,0minicial
Calculado a 1,5minicial
Média a 1,0m inicial
33
Figura 4.10 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4, com disposição inicial e modificada dos cabos de BT
Os resultados obtidos nas simulações efectuadas, nas duas áreas de interesse,
encontram-se ilustrados nas Figuras 4.11 e 4.12. Note-se a inclusão da armadura metálica na
simulação efectuada no apartamento localizado por cima do PT.
Figura 4.11 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com disposição dos cabos de BT modificada
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
B [μ
T]
Ponto
Efeito da Modificação da Disposição dos Cabos de BT Perfil P4
Calculado a 4,0m comnova disposição
Calculado a 4,5m comnova disposição
Calculado a 5,0m comnova disposição
Média a 4,5m comnova disposição
Calculado a 4,0minicial
Calculado a 4,5minicial
Calculado a 5,0minicial
Média a 4,5m inicial
34
Figura 4.12 - Linhas de campo B em plano z=4,5m com disposição dos cabos de BT modificada
Verifica-se que, após a modificação da disposição dos cabos de baixa tensão, o campo B
calculado sofreu alterações consideráveis nos perfis P2 e P4. Nos restantes perfis, P1 e P3,
atesta-se que os valores de pico atingidos, médios e máximos, são idênticos aos calculados na
configuração inicial, ficando a dever-se ao facto das maiores contribuições para o campo total
serem provenientes do transformador e QGBT.
No perfil P2 o campo sofreu uma redução considerável, atingindo agora o valor médio,
em altura, de , ao invés de . É de realçar que o campo calculado neste perfil,
após a modificação, alcança apenas , em média, do campo inicial a de altura. Este
resultado era expectável visto que este perfil é adjacente aos cabos de BT e o campo emitido por
estes sofreu uma grande diminuição com a medida de mitigação aplicada, como pode ser
verificado na Figura 4.13. Nos pontos médios do perfil P2 verifica-se que o campo B calculado
atingiu, em média, apenas 25% do valor a de altura. Isto acontece porque estes pontos
estão afastados das contribuições, para o campo B total, do transformador e QGBT, fazendo com
que a redução do campo emitido dos cabos de BT seja mais notória.
Nas habitações localizadas por cima do PT, constatou-se que o campo na situação inicial
alcançava o valor médio, em altura, de , na proximidade dos terminais de entre do QGBT,
e agora atinge apenas , na zona localizada por cima dos terminais de BT do
transformador. A de altura no interior das habitações verifica-se que o campo é cerca de
, em média, do valor inicial.
Conclui-se que esta medida é uma forma eficaz de reduzir o campo B, produzido pelos
cabos de baixa tensão que fazem o percurso a uma altura elevada (neste caso a ),
35
sobretudo nas habitações localizadas por cima desta instalação, visto que o campo médio é
consideravelmente inferior a .
Figura 4.13 - Linhas de campo B em plano x=2,5m em vista tridimensional sem armadura metálica: A) disposição em esteira B) disposição modificada
4.2. Modificação do Percurso dos Cabos de Baixa Tensão
Esta medida de mitigação consiste na alteração do caminho dos cabos de baixa tensão e
será aplicada no modelo onde se modificou a disposição dos cabos de BT. Com isto pretende-se
determinar se a altura a que é feito o referido percurso é determinante para o campo total, nas
áreas de interesse, quando se utiliza a disposição alternativa para os condutores.
Na Figura 4.14 está representado o modelo simulado e na Figura 4.15 são apresentados
os resultados obtidos para o perfil P2.
36
Figura 4.14 - Modelo do PT A com o percurso dos cabos de BT modificado
Figura 4.15 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4, com disposição inicial e modificada dos cabos de BT
Nas Figuras 4.16 e 4.17 são apresentados os resultados das simulações efectuadas, a
de altura no interior nas habitações adjacentes e localizadas por cima do PT, com a
modificação do percurso dos condutores de BT.
0
2
4
6
8
10
12
14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
B [μ
T]
Ponto
Efeito da Modificação do Percurso dos Cabos de BT Perfil P2 Calculado a 0,5m com
percurso modificado
Calculado a 1,0m compercurso modificado
Calculado a 1,5m compercurso modificado
Média a 1,0m compercurso modificado
Calculado a 0,5m comnova disposição
Calculado a 1,0m comnova disposição
Calculado a 1,5m comnova disposição
Média a 1,0m comnova disposição
37
Figura 4.16 - Isolinhas de campo B em plano z=1,0m com a alteração do percurso dos cabos de BT
Figura 4.17 - Isolinhas de campo B em plano z=4,5m com a alteração do percurso dos cabos de BT
Com excepção do perfil P2, constata-se que não houve grandes variações nos valores
de campo calculado.
Nos perfis P1, P3 e P4 foi calculado que o campo atinge entre e , em média,
do seu valor inicial nas três alturas de cálculo. Logo, com essas ligeiras variações de campo
conclui-se que esta alteração não surte qualquer efeito, nos referidos perfis.
38
No perfil P2 houve um decréscimo considerável dos valores máximos obtidos, o que
levou a que o valor médio, em altura, mais elevado seja de , contrastando com os
alcançados antes da aplicação da medida. Em ambos os casos o local onde foi
calculado o valor de maior intensidade está localizado na proximidade do transformador (ver
Figura 4.16). Como seria de esperar, com a colocação dos cabos ao nível do solo, o campo a
aumentou, em média, para do valor antes da aplicação da medida, tendo-se obtido
para e para de altura.
Com os resultados obtidos neste ponto atesta-se que o percurso dos cabos de BT é
irrelevante para o campo total, nas áreas de interesse, quando se considera uma disposição de
baixo campo emitido, visto que as principais fontes são o QGBT e transformador. No perfil P2,
adjacente aos cabos de BT modificados, houve reduções assinaláveis de campo, mas, ainda
assim, o campo excede largamente o limite alvo considerado de .
4.3. Afastamento do QGBT e Transformador das Paredes que
Delimitam o PT
Sabendo que o campo B decai consideravelmente com o aumento da distância à fonte, e
tendo por base o modelo desenvolvido no ponto anterior, afasta-se o QGBT da parede que lhe é
adjacente para determinar se esta medida é vantajosa. Na figura 4.18 é mostrado um dos
modelos simulados com o QGBT a da parede adjacente.
Figura 4.18 - Modelo do PT A com os cabos ao nível do solo com nova disposição e QGBT afastado 2,0m
Foram efectuadas várias simulações considerando um aumento gradual do afastamento
entre o QGBT e a parede que delimita o PT, onde se registou o valor máximo de campo B (ponto
5 do perfil P3 a de altura). Os resultados obtidos são apresentados graficamente na Figura
39
4.19, onde foi efectuada uma interpolação linear entre os pontos. Na figura 4.21 é apresentado o
resultado de uma das simulações efectuadas, considerando o QGBT a da parede.
Figura 4.19 - Campo B máximo no perfil P3 a 1,5m de altura em função da distância do QGBT à parede adjacente
Figura 4.20 - Linhas de Campo B em plano z=1,5m com nova disposição dos cabos ao nível do solo e com QGBT
afastado 2,0m da parede
Mantendo a distância de entre o QGBT e a sua parede adjacente efectuaram-se
um conjunto de simulações afastando o transformador na diagonal, dado que está num canto da
0
10
20
30
40
50
60
70
0 0,5 1 1,5 2
B [μ
T]
Distância [m]
Campo B Máximo em Função da Distância do QGBT Perfil P3
Campo B máximoa 1,5m de altura
40
sala. Na Figura 4.21 está ilustrado o modelo em que o transformador está distanciado de
das paredes que lhe estão mais próximas (aproximadamente na diagonal). O valor máximo
de campo B obtido (ponto 4 do perfil P2) em função da distância do transformador está
representado graficamente na Figura 4.22.
Figura 4.21 - Modelo do PT A com os cabos ao nível do solo com nova disposição e QGBT afastado 2,0m da parede que lhe é adjacente e o transformador afastado 1,0m das paredes mais próximas (1,4m na diagonal)
Figura 4.22 - Campo B máximo no perfil P2 a 1,5m de altura em função da distância do transformador à parede adjacente
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
B [μ
T]
Distância [m]
Campo B Máximo em Função da Distância do Transformador - Perfil P2
Campo B a 1,5m dealtura
41
Figura 4.23 - Linhas de campo B em plano z=1,5m com nova disposição dos cabos de BT, QGBT afastado de 2,0m da parede que lhe é adjacente e o transformador afastado 1,0m das paredes mais próximas (1,4m na
diagonal)
Com as simulações previamente efectuadas conclui-se que o deslocamento do
transformador e QGBT para o centro da sala leva a uma considerável redução do campo B nas
habitações adjacentes.
Na situação inicial, o campo máximo no perfil adjacente ao QGBT (denominado P3)
atingia cerca de e reduziu-se para apenas quando se afastou o QGBT
da parede. Ambos os valores de pico situam-se no mesmo ponto do perfil, mas verificou-se que
os restantes pontos sofreram reduções mais modestas.
Com o afastamento do transformador em relação às paredes verificou-se que também
existiram reduções significativas no valor do campo B calculado. No entanto, só se afastou o
transformador de ambas as paredes adjacentes, ficando a dever-se às dimensões
limitadas da sala onde se encontra o PT. Inicialmente, o campo máximo no perfil P2 era de
e passou para , tendo ocorrido uma menor redução no perfil P1, onde
inicialmente se tinha calculado e, após a modificação, obteve-se . Esta menor
redução fica a dever-se ao facto de não se terem movido as celas de média tensão.
Equiparando os resultados obtidos em ambas as situações descritas, atesta-se que a
redução do campo B foi muito superior quando se afastou o QGBT, comparativamente ao
deslocamento do transformador. Este resultado acontece devido à posição inicial transformador,
visto estar afastado da parede, contrariamente ao QGBT. Isto pode ser verificado na
característica do campo B em função da distância, onde há uma redução abrupta de campo nos
42
deslocamentos iniciais do QGBT. Quando a distância da fonte, relativamente ao ponto de
cálculo, aumenta verifica-se que a redução é mais ténue.
Conclui-se que o deslocamento dos equipamentos para o centro da sala é uma eficaz
medida de mitigação de campo, relativamente económica e de fácil implementação. No entanto,
verifica-se que o campo excede, em alguns pontos, o limite máximo considerado de .
4.4. Configuração Back to Back
Com as simulações anteriormente efectuadas verificou-se que a solução ideal converge
para a agregação, no centro da sala, do transformador e QGBT (Figura 4.24). No modelo
simulado a distância considerada entre os dois elementos foi de .
Na Figura 4.25 atesta-se que não foi utilizado o arrumo dos cabos previamente estudado,
devido à difícil implementação prática da geometria, dado que a distância (vertical) entre as
saídas de BT do transformador e as entradas do QGBT é de, aproximadamente, .
Modificou-se também a altura, relativamente ao solo, do bloco do QGBT, reduzindo-a de
para .
Figura 4.24 - Modelo do PT A com a configuração Back to Back
43
Figura 4.25 - Pormenor do percurso dos cabos de BT no modelo Back to Back
De seguida, são apresentadas comparações entre os valores obtidos de campo B,
calculado ao longo dos quatro perfis, utilizando a configuração Back to Back e o resultado final
do modelo onde se deslocaram o QGBT e o transformador para o centro da sala, descrito no
ponto anterior.
Figura 4.26 – Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando a configuração Back to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P1
Calculado a 0,5m Backto Back
Calculado a 1,0m Backto Back
Calculado a 1,5m Backto Back
Média a 1,0m Back toBack
Calculado a 0,5m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 1,0m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 1,5m comtransf. QGBT deslocados
Média a 1,0m comtransf. QGBT deslocados
44
Figura 4.27 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2 utilizando a configuração Back to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT
Figura 4.28 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 utilizando a configuração Back to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P2
Calculado a 0,5m Backto Back
Calculado a 1,0m Backto Back
Calculado a 1,5m Backto Back
Média a 1,0m Back toBack
Calculado a 0,5m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 1,0m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 1,5m comtransf. QGBT deslocados
Média a 1,0m comtransf. QGBT deslocados
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P3
Calculado a 0,5m Back toBack
Calculado a 1,0m Back toBack
Calculado a 1,5m Back toBack
Média a 1,0m Back toBack
Calculado a 0,5m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 1,0m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 1,5m comtransf. QGBT deslocados
Média a 1,0m comtransf. QGBT deslocados
45
Figura 4.29 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4 utilizando a configuração Back to Back e modelo em que se modificou a posição do transformador e QGBT
Na Figura 4.30 está ilustrada a distribuição espacial de campo B obtida com o modelo
Back to Back, a de altura.
Figura 4.30 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com a configuração Back to Back
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P4
Calculado a 4,0m Back toBack
Calculado a 4,5m Back toBack
Calculado a 5,0m Back toBack
Média a 4,5m Back toBack
Calculado a 4,0m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 4,5m comtransf. QGBT deslocados
Calculado a 5,0m comtransf. QGBT deslocados
Média a 4,5m com transf.QGBT deslocados
46
Nas simulações efectuadas constatou-se que a configuração Back to Back reduz
significativamente o campo nas áreas de interesse, como seria expectável, tendo em conta os
resultados obtidos no ponto anterior.
Nas habitações adjacentes verificou-se que o campo atinge o valor médio, em altura, de
no perfil P3 e no perfil P1. No perfil P2 o campo é bastante inferior ao limite
estabelecido de .
Nas habitações localizadas por cima do PT também foi verificada uma redução de
campo, visto que o valor máximo, calculado a de altura, é de apenas , enquanto que
o valor médio, em altura, atinge .
Também foi efectuado um estudo de sensibilidade relativo à distância entre o QGBT e o
transformador. Variou-se a referida proximidade de modo a averiguar se existe algum efeito de
anulação de campo, devido aos barramentos estarem adjacentes aos cabos de baixa tensão que
são percorridos por correntes com mesma fase, mas sentidos opostos. Concluiu-se que quando
estes elementos foram aproximados, passando a estar a 5cm de distância, houve uma redução
média do campo calculado, relativamente à distância de referência utilizada de , de no
perfil P2 e de no perfil P3. Quando se procedeu ao aumento desta distância, para ,
constatou-se que o campo aumentou, em média, no perfil P2 e no perfil P3. Com isto
atesta-se que esta configuração é pouco sensível a ligeiras variações de distância entre os
elementos agregados.
Conclui-se que esta medida de redução é extremamente eficaz na redução do campo
nas áreas de interesse consideradas porque as principais fontes de campo estão concentradas
numa área reduzida e no centro da sala, tirando partido do facto do campo decair rapidamente
com o aumento da distância relativamente às fontes. Além disto, o facto dos elementos estarem
no centro da sala, tira partido do maior factor de mitigação proporcionado pelas armaduras, como
foi referido no ponto 3.2, devido ao facto dos efeitos na periferia das malhas serem minimizados.
4.5. Variação das Dimensões dos Interruptores Tetrapolares
Com esta medida de mitigação estuda-se a possibilidade de reduzir o campo emitido
pelo QGBT actuando na distância entre os barramentos, visto ser definida pelo tipo de
interruptores tetrapolares utilizados. Este estudo tem particular interesse pelo facto dos
barramentos do QGBT comportarem as correntes de maior intensidade de todo o PT, pelo que a
redução do campo B, nas áreas de interesse, poderá ser assinalável.
O modelo do interruptor tetrapolar utilizado no QGBT é o Sirco 1250A e será substituído
pelo Sirco CD 1250A, cuja distância entre os barramentos adjacentes é menor. Na figura 4.31
está ilustrado o modelo utilizado para simulação.
47
Figura 4.31 - Modelo do PT, com a configuração Back to Back, utilizando um interruptor tetrapolar com menor distância entre os barramentos (modelo Sirco CD 1250A)
Nas figuras 4.32 a 4.35 são apresentados os resultados obtidos com o modelo descrito e
são comparados com a situação em que se utiliza o interruptor presente na instalação estudada.
Figura 4.32 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando dois tipos de interruptores tetrapolares
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Modificação das Dimensões do QGBT Perfil P1 Calculado a 0,5m B2B
Sirco CD 1250A
Calculado a 1,0m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 1,5m B2BSirco CD 1250A
Média a 1,0m B2B SircoCD 1250A
Calculado a 0,5m B2BSirco 1250A
Calculado a 1,0m B2BSirco 1250A
Calculado a 1,5m B2BSirco 1250A
Média a 1,0m B2B Sirco1250A
48
Figura 4.33 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2 utilizando dois tipos de interruptores tetrapolares
Figura 4.34 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 utilizando dois tipos de interruptores tetrapolares
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
B [μ
T]
Ponto
Modificação das Dimensões do QGBT Perfil P2
Calculado a 0,5m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 1,0m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 1,5m B2BSirco CD 1250A
Média a 1,0m B2B SircoCD 1250A
Calculado a 0,5m B2BSirco 1250A
Calculado a 1,0m B2BSirco 1250A
Calculado a 1,5m B2BSirco 1250A
Média a 1,0m B2B Sirco1250A
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Modificação das Dimensões do QGBT Perfil P3
Calculado a 0,5m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 1,0m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 1,5m B2BSirco CD 1250A
Média a 1,0m B2B SircoCD 1250A
Calculado a 0,5m B2BSirco 1250A
Calculado a 1,0m B2BSirco 1250A
Calculado a 1,5m B2BSirco 1250A
Média a 1,0m B2B Sirco1250A
49
Figura 4.35 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4 utilizando dois tipos de interruptores tetrapolares
No seguimento ilustra-se a distribuição espacial de campo que se obteve, com o modelo
relatado, a de altura.
Figura 4.36 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com a configuração Back to Back e um interruptor com menores dimensões
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819
B [μ
T]
Ponto
Modificação das Dimensões do QGBT Perfil P4
Calculado a 4,0m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 4,5m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 5,0m B2BSirco CD 1250A
Média a 4,5m B2B SircoCD 1250A
Calculado a 4,0m B2BSirco 1250A
Calculado a 4,5m B2BSirco 1250A
Calculado a 5,0m B2BSirco 1250A
Média a 4,5m B2B Sirco1250A
50
Observando os resultados verifica-se que a redução obtida é ligeira, embora seja
suficiente para garantir que o campo calculado é inferior ao limite estipulado em todos os pontos
dos perfis.
Inicialmente, nos perfis P1 e P3, o campo era tenuemente superior a e, com a
alteração da distância entre os barramentos contíguos do QGBT, verificou-se que o valor de
campo mais elevado atinge, em valor médio, . Nesses perfis calculou-se que o campo
atinge apenas 80% do seu valor inicial (antes da modificação), nas três alturas de cálculo. No
perfil P2 constatou-se que o campo aumentou relativamente à situação inicial, que pode ser
explicado com o facto dos cabos de BT deixarem de estar alinhados com os barramentos do
QGBT, visto não ser possível alterar a posição das saídas de BT do transformador.
No perfil P4 a redução de campo é tal que garante que o campo máximo, calculado a
de altura no apartamento, é inferior a e que o campo médio, em altura, mais
elevado alcance .
A redução proporcionada por esta medida é muito ligeira tendo em conta o investimento
necessário para a substituição do equipamento, pelo que deverá ser implementada na fase de
projecto do PT.
4.6. Configuração Back to Back com Elementos Metálicos
Como medida adicional de mitigação propõe-se a inserção de elementos metálicos entre
o transformador e o QGBT, utilizando a configuração Back to Back, como mostra a Figura 4.37.
Com isto, pretende-se estudar o efeito que os painéis de rede de alumínio e as malhas de aço
têm sobre o campo calculado nas habitações adjacentes, visto que as habitações localizadas
directamente por cima do PT não serão afectadas.
Efectuam-se diversas simulações utilizando malhas de aço, com retícula de e
secções de e , e painéis de alumínio com retículas e secções de e , e
e . Para efeitos de comparação, também foram incluídas situações em que se
reduziu a distância entre os barrementos do QGBT, recorrendo para isso à substituição do
interruptor tetrapolar original pelo Sirco CD 1250A. Toma-se como referência o modelo Back to
Back, sem modificações, apresentado no ponto 4.4. Todas as malhas têm, aproximadamente,
de comprimento e de altura.
Nas Figuras 4.38 a 4.40 estão representados graficamente os resultados obtidos para
várias situações, onde se apresentam os valores médios, a de altura, do campo B
calculado. As ilustrações das simulações efectuadas são apresentadas nas Figuras 4.41 e 4.42.
51
Figura 4.37 - Modelo Back to Back do PT A com um painel de rede entre com QGBT e o transformador com retícula de 3cm
Figura 4.38 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P1, adicionando elementos metálicos ao modelo Back to Back
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Inserção de Elementos Metálicos no PT Perfil P1
Back to Back
B2B Alumínio 3cm7mm^2
B2B Alumínio 4cm16mm^2
B2B Aço 10cm 80mm^2
Aço 10cm 200mm^2
B2B Sirco CD 1250A
B2B Sirco CD 1250A Aço10cm 200mm^2
52
Figura 4.39 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P2, adicionando elementos metálicos ao modelo Back to Back
Figura 4.40 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P3, adicionando elementos metálicos ao modelo Back to Back
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
B [μ
T]
Ponto
Inserção de Elementos Metálicos no PT Perfil P2
Back to Back
B2B Alumínio 3cm7mm^2
B2B Alumínio 4cm16mm^2
B2B Aço 10cm 80mm^2
Aço 10cm 200mm^2
B2B Sirco CD 1250A
B2B Sirco CD 1250A Aço10cm 200mm^2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B [μ
T]
Ponto
Inserção de Elementos Metálicos no PT Perfil P3
Back to Back
B2B Alumínio 3cm7mm^2
B2B Alumínio 4cm16mm^2
B2B Aço 10cm 80mm^2
Aço 10cm 200mm^2
B2B Sirco CD 1250A
B2B Sirco CD 1250A Aço10cm 200mm^2
53
Figura 4.41 - Linhas de campo B em plano z=1,0m utilizando o modelo Back to Back com um painel de alumínio
com retícula de e secção de
Figura 4.42 - Linhas de campo B em plano z=1,0m utilizando o modelo Back to Back com uma malha de aço com
retícula de e secção de e um QGBT de dimensões reduzidas
Observando os resultados obtidos mostra-se que a colocação de malhas e redes
metálicas causa uma redução do campo B nas habitações adjacentes. Dada a menor
condutividade do aço, é necessário utilizar secções consideráveis, comparativamente ao
alumínio, para que se obtenham resultados semelhantes.
54
Utilizando um painel de rede de alumínio, com uma retícula de e secção de
(raio de ), atesta-se que a redução do campo é considerável, principalmente no perfil P3,
visto que atinge apenas , em média, do valor calculado com recurso à configuração Back to
Back inicial. Ao longo dos perfis P1 e P2 a redução modesta, dado que o campo calculado chega
a da situação de referência. O valor de pico do campo médio, em altura, é de , e
encontra-se no perfil P1 devido à contribuição das celas de média tensão.
Embora menos eficazes do ponto de vista de mitigação de campo, os elementos de aço
também proporcionam uma mitigação assinalável quando aplicadas no modelo em estudo. A
malha que possui uma retícula de e secção de diminui o valor de pico do campo
médio, em altura, para apenas . Verifica-se que ao reduzir a distância entre as barras do
QGBT, recorrendo para isso à utilização do interruptor tetrapolar Sirco CD 1250A, mantendo a
malha de aço, que o campo calculado sofre uma atenuação adicional. Com isto, prova-se que
estas medidas podem ser adicionadas de modo a reduzir a exposição nas áreas de interesse.
Em ambos os casos descritos o campo atinge valores residuais, próximos daqueles
presentes no interior de habitações devido à utilização de equipamentos eléctricos e electrónicos.
Isto prova que é possível reduzir grandemente a exposição a campos B, produzidos por PT
localizados no interior de edifícios, utilizando para isso medidas de baixo custo.
4.7. Conclusões
Com os resultados obtidos verifica-se que a modificação da geometria dos cabos é
suficiente para garantir que a exposição média, nas habitações localizadas por cima do PT, seja
muito inferior ao limite considerado. No entanto, esta modificação surtiu pouco efeito no campo
calculado nos perfis adjacentes ao PT. Quando o percurso dos cabos foi modificado, constatou-
se que o campo calculado nas habitações foi idêntico à situação anterior, indiciando que o
percurso dos cabos é irrelevante quando é utilizada uma configuração de baixo campo emitido.
O aumento da distância do QGBT e transformador, relativamente às paredes que
delimitam o PT, foi a medida com que se obteve os melhores resultados, dado que o valor de
pico campo médio sofreu uma redução superior a uma ordem de grandeza. A configuração Back
to Back vem no seguimento da alteração anterior, porque agrupa, no centro do PT, o
transformador e o QGBT. Com isto foi possível reduzir o campo B médio de para
, nas habitações adjacentes, actuando, única e exclusivamente, na posição dos
elementos do PT.
Utilizando um interruptor tetrapolar mais compacto no QGBT e tendo como base o
modelo Back to Back, verificou-se que o valor de pico do campo sofreu uma redução, sendo
agora inferior ao limiar estabelecido. No entanto, esta diminuição no valor de campo não justifica
a substituição do equipamento, pelo que deverá ser implementada na fase de projecto. Por outro
lado, as malhas e redes são uma solução económica que produz excelentes resultados quando
55
aplicadas entre o QGBT e o transformador. Foi possível reduzir o campo para valores residuais
utilizando uma malha de alumínio com retícula de e secção de .
57
5. Mitigação no Posto de Transformação B
No segundo caso de estudo, considerou-se o PT B que possui uma potência nominal
instalada de e uma relação de tensões, entre o primário e secundário, de .
Para concretizar o modelo inicial do PT, procedeu-se à colocação de todos os modelos
dos equipamentos nos devidos locais. Esta disposição teve em consideração fotografias do local,
ilustradas na Figura 5.1, e numa planta cedida pela EDP.
Figura 5.1 - Fotografias do interior do PT B, mostrando aspectos da sua composição interior (34), situado no rés-do-chão do prédio
Posteriormente, foram utilizadas medidas de campo B, recolhidas in loco, ao longo de
cinco perfis interiores (ver Figura 5.2), e das correntes na BT com o intuito de calibrar
correctamente o modelo.
Aquando das medições, constatou-se que apenas o transformador 3 estava em
funcionamento e a alimentar as cargas presentes nos três QGBTs, que estão ligados entre si
através de interruptores tetrapolares. Nestas condições, mediram-se correntes de , e
58
nas fases e no Neutro na saída do transformador 3, o que corresponde a uma
potência de cerca de , cerca de da potência nominal deste transformador.
Figura 5.2 - Perfis interiores de medição definidos pelo LABELEC (34)
Na Figura 5.3 é mostrada a representação tridimensional do modelo finalizado do PT.
Constata-se que existe uma rede metálica, feita de aço zincado corrugado com retícula de e
secção de , que pretende modelar as cancelas (porta de grade) que existem no PT,
localizadas à frente dos transformadores, visíveis na Fotografia 3 da Figura 5.1. Verifica-se que
estas afectam ligeiramente o campo B calculado no interior do PT, dado que há uma redução de
até nos pontos do perfil mais próximo dos transformadores, que se encontra assinalado na
Figura 5.3. Para efeitos de extrapolação para as áreas de interesse esta malha será removida,
uma vez que a influência sobre o campo B calculado é mínima. Também se procedeu à remoção
das saídas dos QGBTs onde o LABELEC mediu uma intensidade de corrente nula, para
simplificar o modelo.
Como foi referido, numa primeira fase considerou-se apenas um transformador em
funcionamento (situação verificada in loco), para efectuar a calibração. Posteriormente, foram
repetidas as simulações com dois transformadores a funcionar a da sua potência nominal
(transformador 2 e 3), supondo que o terceiro transformador servirá como reserva. Nestas
condições, a potência total será de , com uma corrente de º,
º e º nas fases de BT e de º no neutro, para cada
transformador em funcionamento.
59
Figura 5.3 – Modelo completo do Posto de Transformação B
As conclusões retiradas do relatório de modelação do PT B, na condição de uma carga
de 50% em dois transformadores, foram:
· No interior dos apartamentos adjacentes ao PT, o campo chega a na zona dos
barramentos dos QGBTs N 2 e N 3, a de altura., atingindo o valor médio, em
altura, de no mesmo local. Verificou-se ainda que o campo é superior a ao
longo de no interior do apartamento (o que equivale a uma área total superior a
);
· Os cabos de baixa tensão, dispostos em esteira, que fazem a ligação entre o secundário
do transformador N 3 e o QGBT N 3, situam-se ao nível do solo, sendo uma importante
fonte de campo B, nomeadamente nos cálculos efectuados a de altura. No perfil
paralelo aos cabos de BT referidos, o campo é superior a ao longo de no
interior da habitação a de altura, o que equivale a uma área de .
Comparativamente aos cabos de BT e QGBTs, os transformadores têm uma ligeira
contribuição para o campo B total, devido à distância considerável a que se encontram
das paredes que delimitam o PT;
· Nos apartamentos localizados por cima do PT, o campo de indução magnética calculado
a de altura (que pretende representar de altura no apartamento), atinge o
valor de pico de cerca de e o valor médio, em altura, de . Estes máximos
estão directamente por cima das ligações entre o QGBT e transformador N 2 e o campo
B é superior a numa área de, aproximadamente, .
Com os resultados obtidos, atesta-se que o campo de indução magnética é muito
elevado nas habitações adjacentes aos QGBTs, nomeadamente nas zonas dos barramentos
onde transitam as correntes mais elevadas. Se se considerar uma carga superior, por exemplo
da potência nominal em cada transformador, facilmente se atesta que o campo ultrapassa o
limite imposto por lei, em Portugal, para a exposição aguda do público em geral. Nas habitações
localizadas por cima do PT, o campo B atinge valores elevados, no entanto muito abaixo dos
60
verificados nas casas adjacentes.
Para comparar os valores de campo B iniciais com os obtidos após serem efectuadas as
alterações definiram-se perfis de cálculo nas áreas de interesse. Nos apartamentos adjacentes
ao PT foram definidos três perfis, P1, P2 e P3 a da parede interior da habitação4,
efectuando-se o cálculo do valor de campo a , e de altura do solo (Figura 5.4).
Nas habitações localizadas imediatamente por cima do PT definiu-se um perfil, P4, que contém
as zonas onde o campo é mais intenso e as simulações são efectuadas a , e de
altura (Figura 5.5).
A sala onde este PT está instalado possui um pé-direito de , uma largura de
e um comprimento de, para o lado maior do trapézio, e de para o menor.
As medidas de mitigação a efectuar no modelo descrito são:
1. Alteração da disposição dos cabos de baixa tensão;
2. Utilização da configuração Back to Back;
3. Utilização de interruptores tetrapolares compactos nos QGBT e ligações inter-QGBT;
4. Configuração Back to Back com utilização de elementos metálicos.
Figura 5.4 – Perfis definidos nas habitações adjacentes ao PT B
4 Considerou-se que as paredes que dividem o Posto de Transformação das habitações têm uma
espessura de 20cm; o perfil P3 está definido numa zona exterior ao edifício, mas optou-se por traça-lo já que se podem tirar conclusões do valor de campo B em PTs que possuam uma arrumação diferente.
61
Figura 5.5 – Perfil definido na habitação localizada imediatamente por cima do PT B
5.1. Modificação da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão
A primeira alteração implementada neste PT foi a modificação da disposição dos cabos
de baixa tensão. Nesta instalação os cabos têm diferentes percursos consoante a saída do
transformador considerada, como se encontra ilustrado na Figura 5.6. A ligação entre o QGBT e
o transformador N 3 é feita ao nível do solo subindo, posteriormente, num caminho para cabos,
colocado paralelamente ao QGBT em causa, até à altura de onde são efectuadas as
conexões. Por outro lado, na ligação entre o QGBT e o transformador N 2 os cabos inicialmente
sobem num caminho para cabos até de altura, fazendo a restante parte do percurso a
esse nível onde são conectados aos terminais do QGBT.
Figura 5.6 - Modelo do PT B com a configuração dos cabos de baixa tensão modificada
62
De seguida são representados graficamente os resultados obtidos com o modelo
anteriormente relatado, nos vários perfis e alturas de cálculo, sendo comparados com a situação
inicial onde os cabos se encontravam dispostos em esteira.
Figura 5.7 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 com a disposição inicial (esteira) e modificada dos cabos de BT
Figura 5.8 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P2 com a disposição inicial (esteira) e modificada dos cabos de BT
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
B [μ
T]
Ponto
Modificação da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão Perfil P1
Calculado a 0,5m caboscom nova disposição
Calculado a 1,0m caboscom nova disposição
Calculado a 1,5m caboscom nova disposição
Média a 1,0m caboscom nova disposição
Calculado a 0,5m inicial
Calculado a 1,0m inicial
Calculado a 1,5m inicial
Média a 1,0m inicial
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
B [μ
T]
Ponto
Modificação da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão Perfil P2
Calculado a 0,5m caboscom nova disposição
Calculado a 1,0m caboscom nova disposição
Calculado a 1,5m caboscom nova disposição
Média a 1,0m caboscom nova disposição
Calculado a 0,5m inicial
Calculado a 1,0m inicial
Calculado a 1,5m inicial
Média a 1,0m inicial
63
Figura 5.9 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 com a disposição inicial (esteira) e modificada dos cabos de BT
Figura 5.10 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P3 com a disposição inicial (esteira) e modificada dos cabos de BT
Nas Figuras 5.11 e 5.12 são apresentadas simulações efectuadas nos apartamentos
adjacentes e localizados por cima do PT.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718
B [μ
T]
Ponto
Modificação da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão Perfil P3
Calculado a 0,5m caboscom nova disposição
Calculado a 1,0m caboscom nova disposição
Calculado a 1,5m caboscom nova disposição
Média a 1,0m caboscom nova disposição
Calculado a 0,5m inicial
Calculado a 1,0m inicial
Calculado a 1,5m inicial
Média a 1,0m inicial
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
B [μ
T]
Ponto
Modificação da Disposição dos Cabos de Baixa Tensão Perfil P4
Calculado a 3,4m comnova disposição
Calculado a 3,9m comnova disposição
Calculado a 4,4m comnova disposição
Média a 3,9m comnova disposição
Calculado a 3,4m inicial
Calculado a 3,9m inicial
Calculado a 4,4m inicial
Média a 3,9m inicial
64
Figura 5.11 - Linhas de campo B em plano z=1,0m com a disposição dos cabos de BT modificada
Figura 5.12 - Isolinhas de campo B em plano z=3,9m com disposição dos cabos de BT modificada
Após a modificação da configuração dos cabos de BT o campo B calculado sofreu
reduções significativas em alguns perfis, nomeadamente no P2 e P4.
65
No perfil P1 esta modificação não surtiu qualquer efeito, exceptuando no último ponto,
visto que nesse local existia uma forte contribuição dos cabos de BT que fazem a parte a parte
final do percurso num caminho para cabos colocado paralelamente ao QGBT N 3. Este
comportamento era expectável, uma vez que o perfil foi definido na proximidade dos QGBTs, que
são a principal contribuição para o valor de campo nesse local. No perfil P2 houve grandes
modificações, dado que o valor médio, em altura, do campo B atingiu , ao invés dos
que tinham sido calculados inicialmente. É de realçar que o campo calculado neste
perfil, após a modificação, alcança apenas , em média, do campo inicial a de altura.
Esta redução era expectável porque, tal como no estudo para o PT A, este perfil foi traçado na
vizinhança dos cabos.
Nas habitações localizadas por cima do Posto de Transformação, constatou-se que o
campo atingia inicialmente, em média, cerca de , na zona localizada directamente por
cima dos cabos de BT que fazem o percurso a altura elevada. Após a aplicação da medida de
mitigação o campo B foi reduzido para e o máximo passou a estar localizado na
vizinhança dos QGBTs. Constatou-se ainda que esta redução foi transversal a todos os pontos
do perfil, uma vez que se calculou que o campo atinge cerca de 50% do seu valor inicial nas três
alturas de cálculo.
5.2. Configuração Back to Back
Como foi visto anteriormente, verifica-se que uma boa medida de redução de campo nas
áreas de interesse é o afastamento do transformador e QGBT das paredes que delimitam o PT.
Dado que a solução ideal converge para a configuração Back to Back, não se aplicarão as
medidas intermédias apresentadas previamente.
Figura 5.13 - Modelo do PT B com a configuração Back to Back
66
Na Figura 5.13 é mostrada uma ilustração do modelo simulado e, como é visível,
efectuou-se uma permutação da posição entre os QGBTs e transformadores (rotação de º)
para permitir a eventual substituição de um transformador. Diminuiu-se a altura, relativamente ao
solo, de todos os QGBTs de para e manteve-se uma distância fixa, de , entre
os transformadores e QGBTs. A posição do conjunto de celas de média tensão foi revista e
encontram-se a da parede adjacente onde está definido o perfil P3.
A Figura 5.14 ilustra com maior detalhe o percurso e arranjo dos cabos de baixa tensão,
onde se pode verificar que a disposição é idêntica à implementada no ponto anterior.
Figura 5.14 - Pormenor do percurso dos cabos de baixa tensão no modelo Back to Back
Estabelecendo um paralelismo com o PT A, constata-se que o arranjo dos cabos de BT
na configuração Back to Back é diferente e, como foi mencionando, pressupunha um
cancelamento activo do campo B, uma vez que a corrente que circulava nos cabos e
barramentos tem sentidos opostos. No entanto, essa abordagem só funciona se os barramentos
do QGBT tiverem um comprimento semelhante aos cabos de BT, para proporcionar o
cancelamento. Como isso não se verifica no PT B, uma vez que as conexões de BT dos
transformadores são ao nível do solo, optou-se por utilizar a configuração do ponto anterior.
Nas Figuras 5.15 a 5.18 são apresentados os valores de campo calculados nos perfis
definidos. Não é efectuada uma comparação gráfica com a situação anterior nos perfis definidos
nas habitações adjacentes porque a diferença é extremamente elevada. Na Figura 5.19 é
apresentada uma simulação efectuada utilizando o modelo descrito.
67
Figura 5.15 - Campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando o modelo Back to Back
Figura 5.16 - Campo B calculado ao longo do perfil P2 utilizando o modelo Back to Back
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P1
Calculado a 0,5mBack to Back
Calculado a 1,0mBack to Back
Calculado a 1,5mBack to Back
Média a 1,0m Backto Back
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
1 2 3 4 5 6 7 8 9
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P2
Calculado a 0,5mBack to Back
Calculado a 1,0mBack to Back
Calculado a 1,5mBack to Back
Média a 1,0m Backto Back
68
Figura 5.17 - Campo B calculado ao longo do perfil P3 utilizando o modelo Back to Back
Figura 5.18 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 utilizando a configuração Back to Back e o modelo onde foi modificada a disposição dos cabos de BT
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P3
Calculado a 0,5mBack to Back
Calculado a 1,0mBack to Back
Calculado a 1,5mBack to Back
Média a 1,0m Backto Back
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
B [μ
T]
Ponto
Configuração Back to Back Perfil P4
Calculado a 3,4m Backto Back
Calculado a 3,9m Backto Back
Calculado a 4,4m Backto Back
Média a 3,9m Back toBack
Calculado a 3,4m comnova disposição
Calculado a 3,9m comnova disposição
Calculado a 4,4m comnova disposição
Média a 3,9m comnova disposição
69
Figura 5.19 - Campo B calculado em plano z=1,0m com a configuração Back to Back
Como tinha sido constatado no estudo de mitigação efectuado no PT A, verifica-se que a
configuração Back to Back proporciona uma grande redução do campo calculado nas habitações
adjacentes ao PT, dado que as principais fontes são agregadas no centro da sala.
No modelo inicial foi calculado um campo máximo de , a de altura no
perfil P1, e, após a modificação da configuração dos cabos, esse valor manteve-se praticamente
inalterado. No entanto, com a utilização da configuração Back to Back, o campo sofreu uma
diminuição considerável nas áreas de interesse adjacentes. No perfil P1, o valor médio atingiu
apenas , contrastando com o valor superior a 48 µT obtido inicialmente e, no perfil P3, o
valor médio do campo calculado aumentou de , valor que foi calculado com a
configuração dos cabos de BT modificada, para Este aumento está relacionado com a
permutação da posição entre os transformadores e os QGBTs. No perfil P2 o campo médio, em
altura, é sempre inferior a , o que também representa uma redução assinalável.
Em termos relativos o campo no Perfil P1 atinge, em média, apenas , a de
altura, comparativamente ao modelo onde se alterou a configuração dos cabos de baixa tensão,
enquanto que o campo atinge no perfil P2 e no perfil P3. Como foi explicado, o
aumento do campo médio no Perfil P3 está relacionado com a troca de posição de elementos,
mas, em termos absolutos, este aumento e desprezável face às reduções obtidas noutros perfis.
No perfil definido nas habitações localizadas por cima também ocorreu uma redução do
campo calculado, embora menos abrupta, dado que o valor de pico da média calculada passou
de para apenas .
70
5.3. Modificação dos Interruptores Tetrapolares e Inserção de
Elementos Metálicos
Neste ponto estudam-se duas técnicas de mitigação auxiliares: utilização de um
interruptor tetrapolar de dimensões reduzidas e a inserção de redes e malhas metálicas entre o
QGBT e o transformador.
Figura 5.20 - Modelo Back to Back do PT B utilizando um interruptor tetrapolar compacto e um painel de rede de alumínio entre o QGBT e transformador com retícula de 4cm
No caso do PT B os interruptores tetrapolares são utilizados nos QGBTs e nas ligações
inter-QGBT, conforme está ilustrado na Figura 5.20. As malhas e painéis metálicos utilizados
têm, aproximadamente, de comprimento e de altura.
Em conjunto com os interruptores tetrapolares compactos, modelaram-se duas malhas
de aço, com retícula de e secções de e e um painel de rede de alumínio
corrugado, com retícula de e secção de . Não se simulou o caso de um painel de
alumínio com retícula de , tal como no PT A, devido ao facto de se ter atingido o número
máximo de iterações possíveis do software utilizado, devido à área considerável.
Assim, com as especificações atrás definidas, obtiveram-se os valores de campo de
indução magnética apresentados nas figuras seguintes. Exibem-se apenas os valores médios
nos perfis adjacentes ao PT, porque são idênticos em todas as alturas de cálculo, como se
verificou no ponto 5.2, dado que a distância entre as fontes de campo e os perfis é considerável.
No perfil definido por cima do PT só se apresenta uma comparação entre os resultados obtidos
com os dois tipos de interruptores tetrapolares considerados, visto que as redes extra,
consideradas neste ponto, não afectam o campo B calculado nessa zona.
Na Figura 5.25 está mostrada a distribuição do campo B, no plano , quando se
utiliza o modelo apresentado na Figura 5.20.
71
Figura 5.21 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P1, adicionando elementos metálicos ao modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A
Figura 5.22 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P2, adicionando elementos metálicos ao modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
B [μ
T]
Ponto
Inserção de Elementos Metálicos e Modificação dos Interruptores Tetrapolares
Perfil P1 Back to Back
B2B Sirco CD1250A
B2B Sirco CD1250A Alumínio4cm 16mm^2
B2B Sirco CD1250A Aço 10cm80mm^2
B2B Sirco CD1250A Aço 10cm200mm^2
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9
B [μ
T]
Ponto
Inserção de Elementos Metálicos e Modificação dos Interruptores Tetrapolares
Perfil P2 Back to Back
B2B Sirco CD1250A
B2B Sirco CD1250A Alumínio4cm 16mm^2
B2B Sirco CD1250A Aço 10cm80mm^2
B2B Sirco CD1250A Aço 10cm200mm^2
72
Figura 5.23 - Campo B médio a 1,0m de altura ao longo do perfil P3, adicionando elementos metálicos ao modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A
Figura 5.24 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P4 utilizando dois tipos de interruptores tetrapolares
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
B [μ
T]
Ponto
Inserção de Elementos Metálicos e Modificação dos Interruptores Tetrapolares
Perfil P3 Back to Back
B2B Sirco CD1250A
B2B Sirco CD1250A Alumínio4cm 16mm^2
B2B Sirco CD1250A Aço 10cm80mm^2
B2B Sirco CD1250A Aço 10cm200mm^2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
B [μ
T]
Ponto
Modificação dos Interruptores Tetrapolares Perfil P4
Calculado a 3,4mB2B Sirco CD 1250A
Calculado a 3,9mB2B Sirco CD 1250A
Calculado a 4,4mB2B Sirco CD 1250A
Média a 3,9m B2BSirco CD 1250A
Calculado a 3,4mB2B Sirco 1250A
Calculado a 3,9mB2B Sirco 1250A
Calculado a 4,4mB2B Sirco 1250A
Média a 3,9m B2BSirco 1250A
73
Figura 5.25 - Isolinhas de campo B calculado no plano z=1,0m utilizando um painel de alumínio com retícula de 4cm e secção de 16mm
2
Com os resultados obtidos, verifica-se que a utilização de interruptores tetrapolares mais
compactos e de malhas metálicas no modelo Back to Back leva a uma redução adicional de
campo, tal como tinha sido observado no PT A.
Substituindo unicamente os interruptores tetrapolares, atesta-se que no perfil P1 os
resultados ficam inalterados. Por outro lado, nos perfis P2 e P3, há uma redução assinalável,
dado que o valor de pico do campo B passou de para . Em termos médios, o
campo calculado ao longo do perfil P2 atinge do seu valor inicial e, no perfil P3, atinge
Nas habitações localizadas por cima do PT o campo médio passou de para
.
A colocação de malhas e redes entre o transformador e QGBT surtiu grande efeito, dado
que a utilização de um painel de alumínio, com retícula de e secção de , levou a que
o campo calculado, no perfil P3, fosse reduzido de para apenas . Embora este
valor esteja muito próximo do limiar de , há que contabilizar que as dimensões dos
elementos metálicos tiveram de ser limitadas, o que contribuiu para uma menor redução.
Comparando os resultados com os obtidos no caso de estudo A, verifica-se que a
redução de campo B foi menor, especialmente no perfil P3 que se encontra de frente para os
QGBTs. Esta diferença deve-se, sobretudo, ao facto dos elementos metálicos terem dimensões
reduzidas, comparativamente com o estudo do PT A. Esta situação, aliada ao facto dos
transformadores terem maiores dimensões e das saídas de BT estarem ao nível do solo, leva a
que o campo calculado aumente. As celas de MT também contribuem para que o campo
calculado aumente no perfil P3, dada a proximidade relativamente às habitações.
74
5.4. Conclusões
Neste capítulo foram implementadas medidas de redução de campo no modelo
computacional do PT B. Comparativamente ao PT A, verifica-se que neste circuito existem mais
elementos, de potência nominal superior, e que as dimensões da sala que contém a instalação
são diferentes. No entanto, como foi possível constatar, o resultado da aplicação das medidas é
semelhante.
Na situação em que foi alterada a configuração dos cabos o campo B médio passou de
para cerca de e o valor de pico, que inicialmente estava sobre os cabos BT que fazem
o percurso próximo do tecto, passou a estar localizado por cima dos terminais de ligação do
QGBT. Verifica-se, portanto, que esta modificação é suficiente para que o campo B seja reduzido
para o valor limite definido. Este é um importante resultado, dado que o PT B possui
características que tornam o campo B elevado nas habitações localizadas por cima (reduzido pé-
direito e considerável potência nominal instalada).
A utilização da configuração Back to Back permitiu reduzir o campo B médio nas
habitações adjacentes de para . Apesar desta diminuição ser considerável o PT B
tem uma largura de apenas , o que limita o desempenho desta medida.
O objectivo de 1 µT só foi cumprido com recurso a interruptores tetrapolares compactos e
à inserção de uma malha de alumínio entre os QGBTs e transformadores. No entanto, devido a
limitações computacionais, não foi possível simular elementos metálicos com maiores
dimensões, que levariam a uma maior redução do campo B calculado.
Com os resultados obtidos conclui-se que é possível reduzir o campo B para cerca de
, nas áreas sensíveis, utilizando apenas medidas de mitigação de baixo custo, mesmo em
situações desfavoráveis.
75
6. Mitigação no Posto de Transformação C
O último estudo de mitigação incide sobre o modelo computacional do PT C, situado na
cave de um edifício residencial, cuja potência nominal do único transformador presente no PT é
de , com relação de transformação de , sendo característica para este tipo de
instalação e idêntica à presente no PT A. Na Figura 6.1 é possível observar aspectos da
composição interior do PT em causa.
No seguimento faz-se uma apresentação do modelo computacional em causa e expõem-
se as principais conclusões obtidas no relatório de modelação.
Tal como nos casos de estudo precedentes, a disposição dos equipamentos no modelo
computacional do PT foi efectuada com recurso a uma planta da instalação e com fotos do local,
ilustradas na Figura 6.1.
Figura 6.1 - Fotografia do PT C, mostrando aspectos da sua composição interior, situado na cave do edifício residencial
Segundo os dados experimentais recolhidos pelo LABELEC, as correntes medidas foram
de nas fases e de no neutro, na saída do transformador, o que corresponde a uma
potência de , cerca de 1/6 da potência nominal do transformador em causa. Com essas
76
correntes e medições de campo B efectuadas no local, procedeu-se à calibração do modelo, e
obteve-se o modelo apresentado na Figura 6.2.
Figura 6.2 - Modelo computacional do PT C considerando a armadura da laje
Considerando uma carga de 50% da potência nominal do transformador, utilizaram-se
correntes de na MT e de em cada uma das fases de BT, obtendo-se
no neutro. As conclusões retiradas do relatório de modelação foram as seguintes:
· Nos apartamentos localizados por cima do PT, o campo de indução magnética calculado
a de altura (que pretende representar de altura no apartamento), atinge
cerca de a meio metro do solo, e é superior a no interior do apartamento**
numa área de, aproximadamente, . Constatou-se ainda que o campo médio, em
altura, atinge os ;
· O valor de pico de campo B só se verifica numa reduzida área localizada imediatamente
por cima dos terminais de saída do transformador, decaindo rapidamente fora dessa
zona.
Foi definido um perfil na zona de interesse, P1, ilustrado na Figura 6.3, de modo a
estabelecer comparações entre os campos calculados antes e após as medidas implementadas.
As simulações foram efectuadas a alturas de , e , pretendendo representar
, e , respectivamente, no apartamento imediatamente por cima do PT, visto que
o pé-direito da sala que contém o PT é de, aproximadamente, .
** Na simulação efectuada a de altura verifica-se que o campo é superior a 1µT numa área de
. No entanto, os elementos do circuito que mais contribuem para o campo calculado estão localizados na periferia do edifício, fazendo com que parte do campo calculado não esteja no interior das habitações em estudo.
77
Realça-se o facto desta instalação eléctrica estar localizada na cave do edifício
residencial, o que significa que não existem habitações adjacentes ao PT. Devido a este facto,
não foi criado um perfil de cálculo nessa zona, contrariamente aos casos de estudo anteriores.
Figura 6.3 - Perfil definido nas habitações localizadas imediatamente por cima do PT
Como o campo B médio inicial é inferior ao limite admitido de , só se aplica uma
medida de redução de campo: a modificação da disposição dos cabos de BT. Tem interesse
aplicar esta medida porque, como se verá mais à frente, os condutores de fase e de neutro são
conectados no QGBT a diferentes alturas (Fotografia 1 da Figura 6.1), influenciando o campo B
nas áreas sensíveis.
6.1. Modificação da Configuração dos Cabos de Baixa Tensão
No modelo inicial do PT C, os cabos de baixa tensão saem do secundário do
transformador com uma disposição em esteira, fazendo parte do percurso a de altura
(numa caleira), onde, posteriormente, sobem paralelamente ao QGBT até a uma altura próxima
de , exceptuando o cabo de neutro, que entra por baixo e liga-se directamente ao
barramento de neutro.
Devido à diferença de altura a que é feita a conexão do condutor de neutro no QGBT,
desenvolveram-se dois modelos com a configuração dos cabos de BT modificada: um onde se
manteve o neutro a entrar por baixo do QGBT (Figura 6.4) e outro onde o neutro foi modificado
passando a entrar por cima, tal como os condutores de fase (Figura 6.5). Com isto espera-se
determinar se o percurso do condutor de neutro influencia o campo B calculado nas habitações.
78
Figura 6.4 - Modelo do PT C com a configuração dos cabos de BT modificada
Figura 6.5 - Modelo do PT C com a configuração dos cabos de BT modificada e neutro a entrar no QGBT por cima
Na Figura 6.6 são ilustrados todos os resultados obtidos com os dois modelos descritos e
comparados com o modelo inicial e nas Figuras 6.7 e 6.8 é apresentada a distribuição espacial
de campo.
79
Figura 6.6 - Comparação entre o campo B calculado ao longo do perfil P1 com os modelos anteriormente descritos
Figura 6.7 - Isolinhas de campo B em plano z=4,5m utilizando o modelo que possui a disposição dos cabos de BT e a ligação do condutor de neutro modificadas
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
B [μ
T]
Ponto
Alteração da Disposição dos Cabos de BT Perfil P1 Calculado a 4,0m nova disposição
e Neutro Calculado a 4,5m nova disposição e Neutro Calculado a 5,0m nova disposição e Neutro Média a 4,5m nova disposição e Neutro Calculado a 4,0m nova disposição
Calculado a 4,5m nova disposição
Calculado a 5,0m nova disposição
Média a 4,5m nova disposição
Calculado a 4,0m inicial
Calculado a 4,5m inicial
Calculado a 5,0m inicial
Média a 4,5m inicial
80
Figura 6.8 - Isolinhas de campo B em plano y=7,0m utilizando o modelo que possui a disposição dos cabos de BT e a ligação de neutro modificadas
Na situação inicial calculou-se um campo B inferior ao limite estipulado, dado que este
atinge um valor médio de . Contudo, este PT possui características distintas dos
anteriormente estudados, que afectam o campo B calculado nas habitações localizadas por cima,
tais como o local da conexão do condutor de neutro e o facto do circuito de BT estar localizado
na periferia do prédio.
Comparando o desempenho entre ambos os modelos simulados, constata-se que a
redução de campo é diminuta, face ao modelo base, quando se modificou a disposição dos
condutores, mantendo o neutro a entrar por baixo do QGBT. Nestas condições, o valor de pico
do campo médio sofreu uma ligeira redução, atingindo cerca de . Esta redução deve-se
ao facto de se ter minimizado a contribuição do secundário do transformador na área de
interesse considerada. Quando se procedeu à modificação QGBT, fazendo o neutro entrar por
cima, tal como os condutores de fase, constatou-se que o campo B calculado foi reduzido para
.
A posição do PT, relativamente à armadura da laje, influencia o campo calculado, como
mostra a Figura 6.8. É possível observar que junto à periferia da armadura a redução de campo é
menor, porque as isolinhas de elevada intensidade contornam as malhas metálicas. Devido a
este facto é preferível deslocar os componentes que emitem campos de maior intensidade para o
centro da sala do PT, a fim de maximizar a mitigação da armadura, sendo uma das razões pela
qual a configuração Back to Back reduz o campo nas habitações localizadas imediatamente por
cima dos PTs.
81
Como é possível constatar, o PT C possui características semelhantes ao primeiro PT
estudado, PT A, nomeadamente o mesmo pé-direito e potência nominal instalada. No entanto,
após a modificação da configuração dos cabos, o campo B atinge cerca de no PT C e
no PT A. Esta diferença ocorre porque, como já se referiu, o circuito de BT está na
extremidade do prédio.
6.2. Solução Construtiva no PT C
Embora só existam habitações localizadas por cima do PT C, é possível comentar o
efeito que a disposição dos equipamentos tem no campo B calculado em zonas adjacentes ao
PT, efectuando uma comparação com os casos de estudo anteriormente analisados.
Nos PTs A e B verificou-se que o campo B atingia valores extremamente elevados nas
habitações adjacentes ao QGBT, porque estes se encontram apoiados nas paredes que
delimitam o PT. Foi proposta uma alteração construtiva, a configuração Back to Back, que se
baseia no facto do campo B decair consideravelmente com o aumento da distância relativamente
à fonte.
No entanto, existe uma diferença crucial entre os PTs anteriores e o estudado neste
ponto, PT C, que é o facto de ser utilizada uma parede independente para sustentar o QGBT, o
que aumenta a distância deste equipamento relativamente às paredes adjacentes que delimitam
a instalação.
Analisando a Figura 6.9 atesta-se que o valor máximo de campo B na situação inicial no
PT C é de , a de altura, enquanto que, na situação inicial no PT A, é de
, a de altura. Esta diferença fica a dever-se, exclusivamente, à diferença de
posição do QGBT, dado que foi considerada a mesma carga em ambos os transformadores e,
por isso, as situações são comparáveis. Esta redução no valor de campo B calculado, é
suficiente para garantir que o limite para a exposição momentânea definido pelo ICNIRP,
correntemente em vigor em Portugal, nunca é ultrapassado.
Na Figura 6.10 é apresentada uma simulação onde foi utilizada a disposição para os
cabos de BT sugerida, onde o condutor de neutro entra por cima do QGBT. Nesta situação
verifica-se que o campo B médio, em altura, é de e atinge um máximo de , a
de altura. Embora este valor seja superior ao limite considerado para este trabalho, trata-se
de um resultado muito importante, uma vez que este PT é mais antigo do que os restantes e
apresenta uma melhor solução inicial para a minimização de campo B nas áreas sensíveis.
Conclui-se que a solução construtiva empregada no PT C é substancialmente melhor, do
ponto de vista de redução de campo B, do que a abordagem tomada nos outros casos de estudo,
onde o QGBT está apoiado nas paredes que delimitam o PT.
82
Figura 6.9 - Isolinhas de campo B em plano z=1,0m utilizando o modelo inicial do PT C
Figura 6.10 - Isolinhas de campo B em plano z=1,0m utilizando o modelo que possui a disposição dos cabos de
BT e a ligação do condutor de neutro modificadas
6.3. Conclusões
Com as simulações efectuadas nas habitações localizadas por cima do PT C, é possível
tirar duas importantes ilações acerca deste tipo de instalações eléctricas.
A primeira conclusão a retirar é que os condutores devem fazer o mesmo percurso
sempre que possível, para que a redução do campo B calculado seja máxima. Quando não for
83
possível, como o caso do PT C que possuía um QGBT com o neutro a entrar por baixo, verificou-
se que existe uma ligeira redução do valor de campo, mesmo com a utilização da nova
configuração só numa parte do circuito. A segunda ilação é o facto de ser preferível que o circuito
de BT não esteja localizado na periferia do prédio, para que a redução de campo B
proporcionada pela armadura seja maximizada.
Relativamente às áreas adjacentes, foi verificado que a solução construtiva, utilizada na
montagem do QGBT no PT C, produz campos B menos intensos nos locais adjacentes. Isto
deve-se ao facto de ser utilizada uma parede independente para sustentar o QGBT,
contrariamente aos casos anteriormente estudados, onde o equipamento está apoiado nas
paredes que delimitam a sala que contém o PT.
85
7. Conclusões e Propostas Para Trabalhos Futuros
Neste capítulo é apresentada uma síntese do trabalho realizado. Inclui-se também uma
perspectiva sobre trabalhos futuros que tenham como ponto de partida o trabalho aqui
apresentado.
7.1 Conclusões
Nesta dissertação estudaram-se medidas de mitigação de baixo custo do campo de
indução magnética em Postos de Transformação. Desenvolveram-se modelos tridimensionais de
alterações geométricas e blindagens em PT previamente modelados, por forma a reduzir o
campo B nas áreas onde possa existir exposição humana continuada.
Para isso, foram considerados três casos de estudo, de PT típicos de zonas urbanas de
Portugal, onde se implementaram medidas de mitigação de forma cumulativa. Foram sugeridas
alterações estruturais, que tiveram por base recomendações internacionais, de modo a reduzir o
campo B calculado nas áreas sensíveis. Esta determinação do valor de campo foi efectuada com
recurso à definição de perfis de cálculo, no interior das habitações, seguindo a norma IEC 62110.
Admitiu-se um valor limite de referência de , para a exposição humana a CEMEBF, bastante
mais restrito que o actualmente em vigor.
Embora as estruturas metálicas das lajes sejam intrínsecas dos edifícios onde estão
inseridos os PTs, decidiu-se efectuar um estudo para averiguar se a armaduras têm um efeito de
redução de campo B. Utilizando parâmetros típicos para a armadura e para o aço macio,
utilizado em infra-estruturas deste tipo, efectuou-se um estudo de sensibilidade, e concluiu-se
que este elemento mostra uma razoável robustez à variação de características físicas e
eléctricas, proporcionando um factor de mitigação de campo B de dois.
Com as medidas de mitigação de campo B aplicadas concluiu-se que para reduzir o
campo B, para um valor inferior ao admitido como limite, nas habitações localizadas por cima do
PT, basta modificar a configuração dos cabos de BT, mesmo em situações onde os condutores
estão localizados ao nível do tecto. Esta configuração sugerida teve como base estudos
anteriormente efectuados, mas foi adaptada ao número de condutores por fase que existem nos
casos de estudo. Contudo, constatou-se que esta modificação não reduz o campo B nas áreas
de interesse adjacentes ao PT.
Como o campo decai rapidamente com o aumento da distância, decidiu-se utilizar uma
configuração, denominada Back to Back, que agrega o QGBT e o transformador no centro da
sala que contém o PT. Com a aplicação desta medida de mitigação foi possível reduzir o campo
nas habitações adjacentes de várias dezenas de para valores em torno de , dependendo
da potência nominal e dimensões do PT em causa.
86
Por fim, foram estudadas medidas de redução adicionais que pressupõem a utilização de
interruptores tetrapolares compactos e a inserção de redes e malhas metálicas entre o QGBT e o
transformador. Estas medidas foram implementadas no modelo Back to Back e, em casos onde a
área do PT é reduzida, podem ser determinantes para que o valor limite definido não seja
ultrapassado.
Nas Tabelas 7.1 e 7.2 estão apresentados os valores de campo expectáveis aquando da
aplicação das medidas de redução de campo descritas neste trabalho. Estes valores são apenas
indicativos e dependem de diversos parâmetros, como por exemplo a potência nominal instalada,
a área e pé-direito da sala que contém o PT.
Tabela 7.1 - Campo B expectável na área directamente por cima do PT
Campo B Médio Calculado na Área
Directamente por Cima do PT [µT]
Descrição Disposição inicial
dos cabos de BT
Disposição Sugerida
para os Cabos de BT Nota
Cabos de BT ao nível do
solo ou enterrados
Pode exceder 1µT caso o condutor de
neutro esteja separado dos de fase
Cabos de BT na parede
Poderá ser superior a 1 µT caso a
potência nominal do transformador seja
superior a 630 kVA
Cabos de BT próximos
do tecto
Situação em que se calcularam campos
mais intensos, devido à reduzida
distância entre a fonte e o plano de
cálculo
Tabela 7.2 - Campo B esperado em áreas adjacentes ao PT
Descrição Campo B Médio Calculado nas
Áreas Adjacentes [µT] Nota
Equipamento de BT sustentado nas
paredes que delimitam a instalação
QGBT é a situação mais
preocupante, devido às elevadas
correntes que transitam nos
barramentos
Equipamento de BT sustentado nas
paredes que delimitam o PT +
disposição modificada para cabos de
BT
Situação idêntica à anterior, porque o
campo B emitido pelas outras fontes
é mais importante
Configuração Back to Back
Medida de redução de campo que
produz os melhores resultados;
espera-se um factor de redução de 15
Configuração Back to Back + medidas
adicionais (interruptores tetrapolares
+ malhas metálicas)
Estas medidas de redução permitem
que o campo calculado atinja o limite
definido de 1µT
87
Verifica-se então que todas as modificações possuem uma relação custo-benefício
elevada, sendo capazes de reduzir consideravelmente o campo B nas áreas sensíveis, quer
sejam adjacentes os localizadas por cima do PT.
Constatou-se ainda que a colocação do QGBT numa parede independente, como
acontece no PT C, leva a campos B menos intensos em locais adjacentes. Embora o valor de
campo médio seja superior ao limite estipulado neste trabalho, verifica-se que com uma
modificação da disposição dos condutores de baixa tensão é possível reduzir o campo para
valores em torno de .
7.2 Propostas Para Trabalhos Futuros
Como já foi referido, o trabalho desenvolvido pode ser um bom ponto de partida para
outros trabalhos, nomeadamente a construção de uma instalação modelo, seguindo as
recomendações aqui apresentadas. Deverá ser feito um estudo exaustivo e optimização prática
das medidas de redução de campo sugeridas, sendo que a montagem resultante deverá passar
a norma para este tipo de instalações.
Outro problema associado a este tipo de PT é o ruído de baixa frequência emitido pelo
transformador que, muitas das vezes, leva a queixas por parte dos moradores que vivem na
proximidade destas instalações. O ruído é provocado pela extensão e contracção das chapas
metálicas que constituem o núcleo do transformador, devido ao fluxo sinusoidal que o percorre.
Para mitigar os sons graves é necessário utilizar materiais adequados ao isolamento acústico de
baixas frequências e, em geral, têm uma espessura considerável. Caso a configuração Back to
Back seja adoptada, pode ser estudada a inclusão destes elementos entre o transformador e
QGBT. Sugere-se, então, a realização de um estudo que tem como objectivo reduzir o ruído
emitido pelo transformador.
89
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91
Anexo 1
Neste anexo são apresentados os menus de configuração do programa utilizado para a
modelação das medidas de mitigação, EFC-400LF. Na Figura A1.1 é mostrado o menu de
selecção do template que se pretende utilizar, sendo que os casos de estudo será a opção
Station. Na Figura A1.2 está representada a biblioteca e o menu de selecção de equipamentos
disponível para este tipo de instalações.
Figura A1.1 - Menu de selecção do template dos Postos de Transformação modelados neste trabalho
Figura A1.2 - Menus de selecção de equipamentos no EFC-400LF
Na Figura A1.3 é apresentado o menu onde é possível ajustar as dimensões físicas e a
posição dos blocos utilizados e, na Figura A1.4, mostram-se as opções disponíveis para modelar
um condutor unifilar.
92
Figura A1.3 - Definição das propriedades físicas dos equipamentos/blocos
Figura A1.4 - Opções disponíveis para modelar um condutor unifilar
Na Figura A1.5 exibe-se a janela onde é possível definir um conjunto de pontos, para se
efectuarem cálculos. É possível editar este ficheiro, com extensão *.kor, com recurso ao notepad.
Na Figura A1.6 está ilustrado o menu de cálculo de campo, onde é possível definir o plano e
resolução de cálculo.
95
Anexo 2
Neste anexo apresentam-se os menus onde é possível modelar o efeito de elementos
metálicos. Na Figura A2.1apresenta-se a biblioteca que possui vários factores de mitigação, em
função da frequência, calculados com base na profundidade de penetração. No entanto, é
possível definir um factor de mitigação de acordo com as preferências do utilizador, como mostra
a Figura A2.2.
Figura A2.1 - Biblioteca de factores de mitigação para vários materiais
Figura A2.2 - Definição de um factor de mitigação constante
96
Na Figura A2.3 é apresentado um dos modelos pré-definidos dedicados para blindagem
de campo B. Todavia, este é idêntico aos blocos dos restantes equipamentos, possuindo apenas
um factor de mitigação típico.
Figura A2.3 - Modelo de uma blindagem de alta permeabilidade para um transformador
O menu para inserção de malhas metálicas é mostrado na Figura A2.4. Nele podem-se
definir várias características, tais como as dimensões físicas, a posição na sala e o tipo de
material.
Figura A2.4 - Definição das características das redes metálicas
Na Figura A2.5 está representado o menu onde se podem alterar as características dos
metais: resistividade, permeabilidade magnética e permitividade eléctrica.
99
Anexo 3
Na Figura A3.1 são apresentadas simulações do campo calculado, utilizando o software
de simulação EFC-400LF, onde se pode verificar a influência da presença da armadura metálica
da laje no modelo computacional. Ambas as imagens possuem a mesma escala e utilizaram-se
os parâmetros tomados como referência na modelação da armadura.
Figura A3.1 - Comparação entre as isolinhas de campo B (vista em alçado): A) sem armadura da laje B) com
armadura da laje
A
A
A
B
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