Este livro apresenta um sumário teórico e prático de diversas técnicas de projeto, relativas a aterramento e controle de interferências eletromagnéticas, que foram utilizadas com ótimos resultados nos anos 1980, na elaboração do projeto de Subestações, Usinas Geradoras, Instalações de Telecomunicação, Instalações de Tecnologia da Informação e Instalações Industriais pertencentes ou alimentadas por sistemas de transmissão de 500 kV até os níveis de subtransmissão e distribuição.

O autor participou ativamente do processo de seleção e implementação dessa tecnologia, como engenheiro, pesquisador, chefe de departamento de estudos, superintendente e, finalmente, diretor de projetos da IESA, uma das maiores empresas brasileiras de consultoria em atividade na época.

No painel de “Aterramento e Compatibilidade Eletromagnética” coordenado por este autor durante o Enershow 2001, evento promovido em São Paulo pela revista Eletricidade Moderna, representantes da Copel, de Furnas, da Light, da Petrobras, e da Orplan (telefonia celular) atestaram, em palestras específicas sobre o tema, que os critérios de projeto elaborados e implementados pelo autor haviam, literalmente, controlado o problema de interferências eletromagnéticas em suas respectivas instalações.

Entretanto, a maioria dos engenheiros que participaram desses projetos, por parte da IESA e por parte das concessionárias envolvidas, aposentou-se e levou com eles parte dessa tecnologia.

Nos empreendimentos mais recentes para os quais o autor tem prestado consultoria, nota-se que pelo menos parte dessa tecnologia realmente se perdeu.

O objetivo principal deste livro é, portanto, reafirmar a eficiência dessa tecnologia de controle de interferência, na sua simplicidade e na sua eficiência, o que é feito nos capítulos 1 a 14.

Estes capítulos reapresentam ao leitor um sumário prático da Teoria de Ondas Trafegantes, que é utilíssima para este tipo de aplicação. O capítulo 19 busca explicar por que essa teoria é bem pouco conhecida atualmente.

O capítulo 15 reporta uma medição de d.d.p induzida à baixa frequência que foi feita no Laboratório de Energia Elétrica da Universidade Veiga de Almeida (UVA), no Rio de Janeiro, em um local onde não existe malha de terra.

O capítulo 16 reporta um teste certificado com o mesmo objetivo, feito no Laboratório do Lactec, em Curitiba, onde existe uma malha de terra.

O capítulo 17 apresenta uma análise destes dois testes, explica a metodologia de medição utilizada e desenvolve um método muito simples, que permite calcular a d.d.p induzida ao longo de condutores abertos, bem como no gap de espiras abertas, em locais com e sem malha de terra.

O capítulo 18 apresenta o roteiro de cálculo correspondente para locais com e sem malha de terra.

O teste feito no Lactec permitiu identificar um engano de cálculo muito frequente, que ocorre quando se calcula a d.d.p induzida no gap formado entre uma malha de terra e o terminal aberto de um induzido, estando o outro terminal do induzido aterrado na mesma malha.

O capítulo 18 mostra que esse engano decorre da aplicação de um método de cálculo correto, porém utilizado em uma situação inadequada, criada pela presença da malha de terra. O mesmo capítulo apresenta ainda o método correto de fazer esse cálculo com muito boa precisão.

As fórmulas principais utilizadas nos capítulos 17 e 18 foram deduzidas nos itens 17.7 e 17.8 do capítulo 17 utilizando a Teoria de Circuitos. Os anexos 1, 2 e 3 confirmam o método de cálculo, utilizando a Teoria Eletromagnética.

O autor espera que os conceitos e aplicações práticas descritas neste livro possam ser úteis para os engenheiros envolvidos com os complexos desafios de aterramento e compatibilidade eletromagnética em usinas, subestações e instalações industriais.

Sumário

Apresentação ............................................................................................................................. 17

Agradecimentos ....................................................................................................................... 21

Comentários iniciais ............................................................................................................... 23

1 Natureza das perturbações .............................................................................................. 29

1.1 Dois tipos básicos de perturbações: periódicas e aperiódicas ....................... 29

1.2 Tipos de perturbações aperiódicas .......................................................................... 34

1.3 Tipos de perturbações periódicas ............................................................................ 34

2 Impedâncias de surto próprias e mútuas .................................................................. 35

2.1 O conceito de impedância de surto própria ........................................................ 35

2.2 Cálculo da impedância de surto própria de um trecho de condutores

horizontais aéreos .......................................................................................................... 36

a) Indutâncias e capacitâncias e impedâncias de surto para condutores aéreos          36

b) Indutâncias e capacitâncias e impedâncias de surto para cabos .................. 37

c) Indutâncias e capacitâncias e impedâncias de surto para condutores subterrâneos.......... 38

d) Velocidade de propagação das ondas em condutores aéreos ..................... 40

e) Velocidade de propagação das ondas nos cabos ............................................. 40

f) Velocidade de propagação das ondas nos condutores subterrâneos ........ 40

2.3 Impedância de surto própria como impedância terminal de um circuito

ladder elementar ............................................................................................................. 40

2.4 Cálculos da impedância de surto própria de um trecho de condutores

verticais e inclinados ..................................................................................................... 41

2.5 Impedância de surto mútua entre dois trechos elementares de condutores

paralelos ............................................................................................................................ 42

2.6 Invariância das impedâncias de surto com a frequência .................................. 43

2.7 Quando pode ser empregada a expressão e = L (di/dt) ................................ 43

2.8 Por que os modelos com indutâncias e capacitâncias concentradas

não são adequados? ...................................................................................................... 43

2.9 Por que o termo “perturbação aperiódica” é preferível à “perturbação de

alta frequência”? ............................................................................................................. 44

2.10 Pequena taxa de conversão da energia do surto em calor na impedância de surto ......... 44

3 Tensão induzida ................................................................................................................... 45

3.1 Formação da onda de tensão induzida durante perturbações aperiódicas 45

3.2 Quando pode existir uma onda de corrente no condutor que sofre a indução       47

3.3 O efeito do aterramento do condutor que sofre a indução ............................ 48

3.4 Sumário sobre a formação de ondas de corrente e de tensão ....................... 48

3.5 Tensão periódica induzida ......................................................................................... 49

3.6 Multiaterramento do condutor que sofre a indução para perturbações periódicas .......... 51

4 O efeito de blindagem – parte teórica ....................................................................... 53

4.1 Importância do multiaterramento da blindagem para reduzir tensões

induzidas causadas por perturbações aperiódicas ............................................... 53

4.2 A blindagem eletromagnética e o controle do ruído de modo comum ..... 55

4.3 Blindagem eletrostática e controle do ruído de modo diferencial ................. 57

4.4 Controle simultâneo do ruído de modo comum e diferencial ...................... 58

4.5 Blindagem para perturbações periódicas ............................................................... 58

5 O efeito de blindagem – parte prática ....................................................................... 61

5.1 O requisito de continuidade das blindagens ........................................................ 61

5.2 O condutor de blindagem interna de 1,5 mm² ................................................... 65

5.3 Multiaterramento de bandejas, eletrocalhas, canaletas metálicas e eletrodutos         65

5.4 Continuidade da blindagem em caixas de passagem de cabos ..................... 66

5.5 Inconvenientes das canaletas de concreto armado ............................................ 66

5.6 Necessidade de interligar externamente as roscas de eletrodutos metálicos            67

5.7 Escolha do tipo de blindagem e do aterramento adequados para

cada função dos cabos ................................................................................................ 67 

6 Segregação das cablagens por função .............................................................................. 69

6.1 Ideia básica da segregação de cabos nos percursos externos à sala eletrônica         69

6.2 Segregações em 3, 4 ou 5 “ambientes eletromagnéticos” ................................ 70

6.3 Exemplos de funções de cabos segregadas em 5 ambientes eletromagnéticos       71

7 Chicotes de cabos ou cable bundles ........................................................................... 73

7.1 O conceito inicial de single point ou radialização do aterramento dentro

da sala eletrônica ............................................................................................................ 73

7.2 Objetivos dos chicotes: minimização dos ruídos de modo comum e

diferencial nos terminais dos dispositivos eletrônicos ...................................... 74

7.3 Por que os chicotes minimizam os ruídos de modo comum e diferencial?            74

7.4 O conceito de equipotencialidade dinâmica dos chicotes ................................ 76

7.5 Como as ondas de corrente conseguem ter acesso ao interior da sala eletrônica    76

7.6 Os chicotes como última proteção contra ondas de corrente que

conseguem ter acesso ao interior da sala eletrônica ........................................... 78

7.7 Por que os chicotes são utilizados somente nas salas eletrônicas? ............... 78

7.8 Testes feitos no laboratório de alta tensão ........................................................... 78

8 Chicotes de cabos – parte prática ................................................................................ 79

8.1 Alternativas para levar os cabos do single point aos painéis ............................... 79

8.2 Piso falso com cobertura semicondutiva .............................................................. 79

8.3 Piso falso com placas metálicas ................................................................................ 80

8.4 Canaletas metálicas embutidas no concreto ......................................................... 81

8.5 Salas eletrônicas sem piso falso ou canaletas metálicas .................................... 82

8.6 Eletrocalhas elevadas para instalações de telecomunicação ............................. 83

8.7 Comentários sobre as eletrocalhas elevadas – uma questão de costume ... 84

9 A importância das junções de condutores ............................................................... 85

9.1 As junções típicas nos sistemas de aterramento e de blindagem .................. 85

9.2 Condutor de entrada na junção e condutores de saída da junção ................ 86

9.3 Condutor equivalente dos condutores de saída da junção .............................. 86

9.4 Cálculo dos fatores de reflexão e de refração ...................................................... 86