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1 DESENVOLVIMENTO DE UMA SISTEMTICA PARA CÁLCULO DE ATERRAMENTO DE SUBESTAÇÕES DE MÉDIA TENSÃO MARCELO PINTO VIANNA PROF a . JEANINE MARCHIORI DA LUZ Porto Alegre, Junho de 2005. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA DE TRABALHO DE INTEGRAÇÃO 2 Agradecimentos A minha orientadora, Jeanine Marchiori da Luz, pelo respaldo em diversos momentos e situações desta trajetória, além dos preciosos ensinamentos compartilhados durante os diversos assessoramentos a esta pesquisa. À Péricles Vianna e Gloria Vianna – meus pais – pelo apoio, amor e incentivo constante em todos os momentos, aqui, presto o meu eterno agradecimento. À Patrícia Vianna e Cristiano Vianna – meus irmãos – por suas amizades e seus inspirados conselhos. À Mariana Moura Bagnati, pelo imprescindível apoio e encorajamento e, essencialmente, pelo companheirismo e amor incondicionais. 3 Resumo Este trabalho apresenta uma aplicação de cálculo simplificado da malha de aterramento, das subestações de média tensão, baseado no padrão americano do IEEE – 80, com a finalidade principal de atender as novas exigências impostas pela norma brasileira de média tensão. Neste trabalho foi desenvolvida uma planilha de cálculo de malha de terra de fácil aplicação, buscando sistematizar os diversos parâmetros envolvidos no cálculo da malha, durante o processo interativo de definição da malha e, por conseqüência, reduzir o tempo de elaboração do projeto da malha. O resultado de todo o trabalho de projeto e simulação será apresentado em forma de “exemplo de aplicação” que mostrará as influências de algumas variáveis no resultado final da malha de aterramento. 4 Sumário 1. Introdução................................................................................................................................6 2. Objetivo....................................................................................................................................7 3. Considerações sobre a proteção contra choques – NBR 14039...............................................8 3.1. Proteção contra choque por contato direto........................................................................8 3.2. Proteção por isolação das partes vivas..............................................................................8 3.3. Proteção por barreiras ou invólucros.................................................................................9 3.4. Proteção por obstáculos...................................................................................................10 3.5. Proteção por colocação fora de alcance..........................................................................10 3.6. Proteção contra choque por contato indireto...................................................................14 3.7. Prescrições de proteção contra choque por contato indireto em MT..............................15 4. Aterramento............................................................................................................................16 4.1. Fundamentos...................................................................................................................16 4.2. Eletrodos de Aterramento................................................................................................19 4.3. Eletrodo de aterramento em uma subestação de média tensão.......................................19 5. Cálculo da malha de aterramento de média tensão................................................................21 5.1. Geometria da malha........................................................................................................21 5.2. Seção mínima do condutor..............................................................................................23 5.3. Resistência total de aterramento da malha......................................................................24 5.3.1. Resistência da malha de terra....................................................................................25 5.3.2. Resistência de aterramento de um eletrodo vertical..................................................25 5.3.3. Coeficiente de redução da resistência de um eletrodo vertical.................................25 5.3.4. Resistência de aterramento do conjunto de eletrodos verticais.................................26 5.3.5. Resistência mútua dos cabos e eletrodos verticais....................................................27 5.4. Correção do potencial de passo e de toque máximo admissível devido à colocação de material na superfície do solo....................................................................................................28 5.5. Limites suportáveis pelo corpo humano segundo a norma IEEE-80..............................29 5.5.1. Resistência do corpo humano....................................................................................29 5.5.2. Resistência de contato...............................................................................................29 5.5.3. Limites toleráveis de corrente no corpo humano......................................................30 5.5.4. Tensão de toque permissível.....................................................................................30 5.5.5. Tensão de passo permissível.....................................................................................31 5.6. Corrente de curto-circuito fase-terra (Icft)......................................................................32 5.6.1. Corrente de curto-circuito tomado do lado primário da subestação..........................32 5.6.2. Corrente de curto-circuito tomada no lado secundário da subestação para uma impedância desprezível..........................................................................................................33 5.6.3. Corrente de curto-circuito tomada no secundário da subestação para uma impedância considerada.........................................................................................................33 5.7. Tensão de malha..............................................................................................................35 5.8. Tensão de passo na malha...............................................................................................36 5.9. Coeficiente de ajuste.......................................................................................................37 5.9.1. Coeficiente Km.........................................................................................................37 5.9.2. Coeficiente Ks...........................................................................................................38
