Mitigação da Exposição Pública a Campos Magnéticos Gerados … · V Resumo Esta dissertação...

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



XII





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 4.16 - 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






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 4.36 - 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 4.41 - 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


e modificada dos cabos de BT ....................................................................................................................... 62

XIV


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




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


modelo Back to Back e utilizando um interruptor tetrapolar compacto: Sirco CD 1250A ............................. 71







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



Média a 1,0m comnova disposição

Calculado a 0,5minicial



Média a 1,0m inicial

32



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









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








33


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









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


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





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



Média a 1,0m Back toBack

Calculado a 0,5m 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


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










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


Calculado a 0,5m Back toBack








45


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









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


Média a 1,0m B2B SircoCD 1250A

Calculado a 0,5m B2BSirco 1250A



Média a 1,0m B2B Sirco1250A

48



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









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










49


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










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 Aço 10cm 80mm^2

Aço 10cm 200mm^2

B2B Sirco CD 1250A

B2B Sirco CD 1250A Aço10cm 200mm^2

52



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


Back to Back




Aço 10cm 200mm^2

B2B 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

B [μ

T]

Ponto


Back to Back




Aço 10cm 200mm^2

B2B Sirco CD 1250A


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;


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


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



Média a 1,0m caboscom nova disposição

Calculado a 0,5m inicial




0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9

B [μ

T]

Ponto










63



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










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










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


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


Calculado a 0,5mBack 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






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

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






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










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


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


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



B2B Sirco CD1250A




72



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



B2B Sirco CD1250A




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



Média a 3,9m B2BSirco CD 1250A

Calculado a 3,4mB2B 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:


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





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.

93

Figura A1.5 - Definição de um perfil de pontos

Figura A1.6 - Opções do menu de cálculo do campo

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.

97

Figura A2.5 - Parâmetros eléctricos das redes metálicas e cabos

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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