Medidas de Baixo Custo de Mitigação da Exposição Pública a Campos
Magnéticos Gerados por Linhas Aéreas da Rede de Distribuição
Joana Maria Ferreira Dias da Fonseca
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Júri
Presidente: Paulo José da Costa Branco
Orientador: Prof. José Luís Costa Pinto de Sá
Vogal: Maria Eduarda de Sampaio Pinto de Almeida Pedro
Novembro de 2010
Agradecimentos
Porque a elaboração deste trabalho não teria sido possível sem a ajuda e apoio de algumas pessoas
quero expressar a minha gratidão.
Ao Professor Pinto se Sá, que ao orientar esta dissertação sempre se mostrou disponível. Obrigada
pelas críticas, sugestões e pelas conversas proporcionadas. Foi um prazer discutir consigo a realidade que
existe fora do IST. Aprendi a ser crítica em relação às notícias e a formular as minhas próprias opiniões
em relação ao mundo que me rodeia.
Aos meus amigos e em particular ao Tiago, que tanto me aturaram quando qualquer coisa não corria
bem apoiando-me sempre nas decisões que tomei e com quem partilhei tantas vitórias. Obrigada pelo
encorajamento que me deram.
Aos meus irmãos, que sempre apoiaram “a Sra. Engenheira!”. Aos meus pais, que apesar de tudo
eram quem me aturava todas as noites em casa de mau humor nas alturas em que por algum motivo
desmoralizei. Obrigada pela confiança e compreensão incondicional.
Por fim, não posso deixar de agradecer aos que irão ser e foram meus colegas na EFACEC. Em especial
ao Eng. José Mendes e ao Eng. Álvaro Chaleira, o primeiro porque sempre me incentivou a acabar o
curso antes de trabalhar e me ajudou em tudo o que precisei, o segundo pelas valiosas explicações sobre
a estrutura dos apoios das linhas.
i
Resumo
O trabalho apresentado tem como objectivo estudar medidas de mitigação de baixo custo do campo
magnético em Linhas da Rede de Distribuição. O seu propósito é ser integrado num projecto que conta
com a participação da EDP, aprovado pela ERSE, para a caracterização dos campos magnéticos gerados
por equipamentos da Rede de Distribuição de Energia em que haja exposição pública prolongada.
Este projecto antecipou o determinado na recentemente publicada Lei nº30/2010 que diz respeito à
protecção contra a exposição aos campos eléctricos e magnéticos derivados de linhas, de instalações e
de equipamentos eléctricos.
São objecto do estudo duas linhas de 60kV ao abrigo da EDP, uma de configuração simples e uma
dupla, que permitem o estudo do campo magnético existente e de várias técnicas de mitigação do
mesmo. Para isso, é utilizado um sistema de software avançado que permite o cálculo dos campos
magnético e eléctrico.
Os resultados obtidos permitem afirmar que a melhor solução no caso da linha simples será a
alteração da geometria dos condutores e no caso da linha dupla será a troca de sequência entre fases.
Palavras-Chave: campo magnético, mitigação, linha aérea de distribuição
ii
Abstract
The main objective of the work presented here is the study of various low cost magnetic field
mitigation techniques in distribution lines. Its purpose is the integration on a project in which EDP
participates, approved by ERSE, for the characterization of magnetic fields generated by the energy
distribution equipments where there is prolonged public exposure.
This project anticipated the nº30/2010 Portuguese Law in which the protection against the exposure
to electric and magnetic fields generated by lines and electric equipments is discussed.
Two 60kV EDP lines are studied, the first is a single circuited power line and the second a double
circuited one. For the study, an advanced electric and magnetic field calculation software is used.
The obtained results show that the best solution for the single circuited line is the modification of the
phase conductors geometry and for the double circuited it should be applied the phase switching
technique.
Keywords: magnetic field, mitigation, distribution line
iii
Lista de Conteúdos
Agradecimentos ......................................................................................................................................................... i
Resumo ..................................................................................................................................................................... ii
Abstract ................................................................................................................................................................... iii
Lista de Conteúdos .................................................................................................................................................. iv
Lista de Figuras ........................................................................................................................................................ vi
Lista de Tabelas ........................................................................................................................................................ x
Lista de Abreviações .................................................................................................................................................xi
1
Introdução ......................................................................................................................................................... 1
2
Campo Magnético das Linhas e Software utilizado .......................................................................................... 4
3
Medidas de Mitigação do Campo Magnético ................................................................................................... 9
3.1. Elevação da Altura das Linhas ..................................................................................................................... 11
3.1. Modificação da Geometria dos Condutores (actuando nos apoios) ........................................................... 11
3.2. Desdobramento de Fases ............................................................................................................................ 12
3.3. Enterramento das Linhas ............................................................................................................................ 14
3.4. Blindagem Magnética .................................................................................................................................. 17
3.5. Utilização de uma malha de mitigação ....................................................................................................... 20
3.6. Afastamento dos Apoios das Linhas ............................................................................................................ 21
4
Estudo Linha Simples 60kV ............................................................................................................................. 22
4.1. Aumento da Altura dos Apoios ................................................................................................................... 26
4.2. Afastamento dos Apoios da Linha ............................................................................................................... 28
4.3. Modificação da Geometria dos condutores ................................................................................................ 38
4.4. Influência do Cabo de Guarda ..................................................................................................................... 45
5
Estudo Linha Dupla 60kV................................................................................................................................. 47
5.1. Troca de Sequência de Fases....................................................................................................................... 52
5.2. Apenas um dos Sistemas da Linha Dupla activo ......................................................................................... 54
5.3. Alteração da Geometria dos Condutores .................................................................................................... 55
iv
5.3.1. Aproximação dos Condutores sem alteração da Geometria ............................................................... 58
5.4. Efeito Conjugado da Troca Sequência de Fases com a Aproximação dos Condutores ............................... 60
6
Aplicação das Medidas Descritas .................................................................................................................... 61
7
Conclusões ...................................................................................................................................................... 63
8
Referências Bibliográficas ............................................................................................................................... 64
Anexos .................................................................................................................................................................... 66
Anexo 1: Exemplos de menus de configuração do software utilizado ............................................................... 66
Anexo 2: Linha Simples 60kV.............................................................................................................................. 68
Anexo 3: Linha Dupla 60kV................................................................................................................................. 72
v
Lista de Figuras
Figura 1 – Aplicação da lei de Ampére para o campo magnético que envolve um condutor cilíndrico percorrido por
uma dada corrente I [BFARIA08] .................................................................................................................................... 5
Figura 2 – Corte Transversal de uma Linha Aérea Trifásica [BFARIA08] ........................................................................ 6
Figura 3 - Distribuição Espacial do Campo Magnético sob uma Linha Aérea de Energia [PINTOSA08] ......................... 7
Figura 4 - Exemplo de visualização da plataforma 3D no software, neste caso é possível ver o desnível no terreno
[EFC-400] ........................................................................................................................................................................ 8
Figura 5 - Campo Magnético em função do afastamento do plano vertical entre apoios, para vários níveis de tensão
com geometrias e cargas típicas do Reino Unido [PINTOSA08] ..................................................................................... 9
Figura 6 - Escolhas possíveis em termos de mitigação do campo. Esta pode ser efectuada directamente na fonte,
numa área de interesse, ou numa pequena região da área de interesse [CIGRE09] ................................................... 10
Figura 7 - Mitigação do campo obtida com o aumento da altura da linha [CIGRE09] ................................................ 11
Figura 8 - Comparação entre os valores do campo para os vários arranjos de fases à distância de 1m do solo numa
linha de 380kV [CIGRE09] ............................................................................................................................................. 12
Figura 9 – Comparação entre os vários campos magnéticos gerados por uma linha desdobrada em relação à
situação inicial óptima de trevo invertido [RCONTI03] ................................................................................................ 13
Figura 10 – Curvas do campo magnético (em µT) para as configurações de desdobramento de duas fases (a), e
desdobramento de três fases (b) [CIGRE09] ................................................................................................................. 13
Figura 11 – Configuração e linhas de campo com três condutores por fase [CIGRE09] ............................................... 14
Figura 12 – Valores do campo magnético a 1m de altura do solo para uma linha aérea e um cabo subterrâneo com
os mesmos valores nominais de tensão e corrente [PINTOSA08] ................................................................................ 15
Figura 13 – Número de habitações nas zonas de referência cuja solução aplicada para a mitigação do campo
magnético não tem qualquer efeito, pode notar-se que o enterramento de linhas é claramente a melhor solução
[KELFKENS02] ............................................................................................................................................................... 16
Figura 14 – Custos totais das medidas a tomar para redução do campo magnético nas habitações das zonas de
referência [KELFKENS02] .............................................................................................................................................. 16
Figura 15 - Blindagem com escudo fechado, (a) região a proteger no interior do escudo (b) região a proteger no
exterior do escudo [CIGRE09] ....................................................................................................................................... 17
Figura 16 - Diferentes configurações de blindagem com escudo aberto, (a) escudo plano (b) escudo em forma de U
que envolve a fonte (c) escudo em forma de U que envolve a área a proteger [CIGRE09] .......................................... 18
Figura 17 – Valores do campo magnético (em µT) para os vários tipos de escudos num cabo subterrâneo, (a) sem
escudo, (b) escudo plano, (c) escudo em forma de U [RCONTI03] ............................................................................... 18
Figura 18 - Desvio das linhas do campo magnético em escudo fechado ferromagnético, (a) região a proteger no
interior do escudo (b) região a proteger no exterior do escudo, o material “atrai” as linhas de campo [CIGRE09] .... 19
vi
Figura 19 - Desvio das linhas do campo magnético em escudo fechado condutor, o material “repele” as linhas de
campo [CIGRE09].......................................................................................................................................................... 19
Figura 20 – Campo magnético gerado por uma linha (1) sem blindagem (2) com blindagem passiva (3) com
blindagem passiva em que é adicionado um condensador ressonante [BFEA07]........................................................ 20
Figura 21 – Configuração dos Apoios da Linha Simples 60kV no Terreno [LSIMPLES09] ............................................. 22
Figura 22 – Fotografias do terreno no troço da linha simples considerada [LSIMPLES09] .......................................... 23
Figura 23 - Aspecto 3D do troço da linha simples considerado (vista lateral) [EFC-400] ............................................. 23
Figura 24 - Perfis considerados para obtenção do valor do campo magnético (interior das habitações) ................... 24
Figura 25 – Comparação entre os valores do campo magnético no interior da habitação e o topo dos prédios ........ 26
Figura 26 - Efeito do aumento da altura dos condutores no campo B para os pontos do perfil 6 ............................... 27
Figura 27 - Efeito do aumento da altura dos condutores no campo B para os pontos do perfil 8 ............................... 27
Figura 28 - Efeito do aumento da altura dos condutores no campo B para os pontos do perfil 11 ............................. 28
Figura 29 - Posição inicial dos apoios no troço considerado [EFC-400] ........................................................................ 29
Figura 30 - Deslocamento máximo para a esquerda efectuado no apoio 28 [EFC-400] .............................................. 29
Figura 31 - Campo magnético inicial para o troço da linha simples de 60kV [EFC-400] .............................................. 30
Figura 32 - Campo magnético depois de um deslocamento de 90m [EFC-400] ........................................................... 31
Figura 33 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 6 ........................................................................ 31
Figura 34 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 7 ........................................................................ 32
Figura 35 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 8 ........................................................................ 32
Figura 36 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 9 ........................................................................ 33
Figura 37 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 10 ...................................................................... 33
Figura 38 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 11 ...................................................................... 34
Figura 39 – Intersecção das duas rectas paralelas às faces dos edifícios [EFC-400] .................................................... 35
Figura 40 – Localização do Apoio 28 no ponto P da intersecção [EFC-400] ................................................................. 35
Figura 41 – Campo magnético obtido quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P [EFC-400] .............................. 36
Figura 42 - Campo magnético obtido para os pontos do Perfil 6 quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P ..... 37
Figura 43 – Campo magnético obtido para os pontos do Perfil 8 quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P .... 37
Figura 44 - Campo magnético obtido para os pontos do Perfil 11 quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P ... 38
Figura 45 - Geometria da linha simples 60kV a estudar .............................................................................................. 39
Figura 46 - Efeito da modificação da geometria dos condutores para os pontos do perfil 6 ....................................... 41
Figura 47 - Efeito da modificação da geometria dos condutores para os pontos do perfil 8 ....................................... 42
Figura 48 - Efeito da modificação da geometria dos condutores para os pontos do perfil 11 ..................................... 42
Figura 49 - Efeito da modificação da geometria dos condutores revestidos de 0.25m em 0.25m para os pontos do
perfil 6 .......................................................................................................................................................................... 43
vii
Figura 50 - Efeito da modificação da geometria dos condutores revestidos de 0.25m em 0.25m para os pontos do
perfil 8 .......................................................................................................................................................................... 44
Figura 51 - Efeito da modificação da geometria dos condutores revestidos de 0.25m em 0.25m para os pontos do
perfil 11 ........................................................................................................................................................................ 44
Figura 52 – Efeito do Cabo de Guarda nos valores do campo magnético provocado pela Resistência de Terra nos
apoios para os pontos do Perfil 6 ................................................................................................................................. 45
Figura 53 - Efeito do Cabo de Guarda nos valores do campo magnético provocado pela Resistência de Terra nos
apoios para os pontos do Perfil 8 ................................................................................................................................. 46
Figura 54 - Efeito do Cabo de Guarda nos valores do campo magnético provocado pela Resistência de Terra nos
apoios para os pontos do Perfil 11 ............................................................................................................................... 46
Figura 55 – Traçado da linha dupla 60kV em estudo [LDUPLA09] ............................................................................... 47
Figura 56 - Pormenor do troço da linha dupla 60kV considerado ................................................................................ 48
Figura 57 - Fotografias do troço da linha dupla considerado [LDUPLA09] .................................................................. 48
Figura 58 – Aspecto 3D do troço da linha dupla considerado (vista lateral) [EFC-400] ............................................... 49
Figura 59 - Perfis considerados para o cálculo do campo magnético .......................................................................... 49
Figura 60 - Comparação entre os pontos do interior da habitação e os pontos na face do prédio ............................. 50
Figura 61 - Geometria da linha dupla 60kV a estudar ................................................................................................. 51
Figura 62 - Troca de Sequência de Fases realizada, (a) Troca no Sistema 1, (b) Troca no Sistema 2 ........................... 52
Figura 63 - Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 9 executando Troca de Sequência de Fases ...... 53
Figura 64 - Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 4 executando Troca de Sequência de Fases ...... 53
Figura 65 - Comparação entre as várias configurações quando apenas um dos sistemas está activo ........................ 55
Figura 66 – Alteração da Geometria dos Condutores para Hexagonal, (a) Situação Inicial (b) Geometria Hexagonal 56
Figura 67 – Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 9 usando Geometria Hexagonal ...................... 57
Figura 68 – Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 4 usando Geometria Hexagonal ...................... 57
Figura 69 – Valores do Campo magnético para os pontos do Perfil 9 quando se efectua uma Aproximação dos
Condutores na Horizontal mantendo Esteira Vertical dupla ........................................................................................ 59
Figura 70 - Valores do Campo magnético para os pontos do Perfil 4 quando se efectua uma Aproximação dos
Condutores na Horizontal mantendo Esteira Vertical dupla ........................................................................................ 59
Figura 71 - Valores do Campo Magnético para o Perfil 9 com Aproximação dos Condutores na Horizontal e
Geometria Hexagonal considerando Troca de Sequência de Fases ............................................................................. 60
Figura 72 – Valores do Campo Magnético para o Perfil 4 com Aproximação dos Condutores na Horizontal e
Geometria Hexagonal considerando Troca de Sequência de Fases ............................................................................. 61
Figura 73 - Tipos de apoio dos condutores para postes em betão. (a) linha simples, (b) linha dupla: (1) travessa, (2)
pontos de apoio do tirante, (3) tirante, (4) apoios para os isoladores [LPOSTE04] ...................................................... 62
Figura 74 – Exemplo de menu no software EFC-400 que permite a configuração do sistema da linha [EFC-400] ...... 66
viii
Figura 75 – Exemplo de menu no software EFC-400 que permite a configuração dos apoios [EFC-400] .................... 67
Figura 76 – Exemplo de menu no software EFC-400 que permite o ajuste da catenária [EFC-400] ............................ 67
Figura 77 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 6, Linha Simples ..................... 68
Figura 78 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 7, Linha Simples ..................... 69
Figura 79 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 8, Linha Simples ..................... 69
Figura 80 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 9, Linha Simples ..................... 70
Figura 81 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 10, Linha Simples ................... 70
Figura 82 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 11, Linha Simples ................... 71
Figura 83 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 5, Linha Dupla ........................ 72
Figura 84 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 6, Linha Dupla ........................ 73
Figura 85 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 7, Linha Dupla ........................ 73
Figura 86 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 8, Linha Dupla ........................ 74
Figura 87 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 9, Linha Dupla ........................ 74
Figura 88 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 10, Linha Dupla ...................... 75
Figura 89 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 11, Linha Dupla ...................... 75
Figura 90 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 12, Linha Dupla ...................... 76
ix
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Valores adoptados por lei em Portugal para os Campos Eléctrico e Magnético ........................................... 2
Tabela 2- Valores do campo magnético para os vários perfis ...................................................................................... 25
Tabela 3 - Valores das distâncias entre condutores ..................................................................................................... 39
Tabela 4 - Valores das distâncias entre condutores de forma a tornar o trevo equilátero .......................................... 39
Tabela 5 – Valores para o cálculo da distância mínima ............................................................................................... 40
Tabela 6 – Características das dimensões consideradas para a cadeia de isoladores [NSEQ09] ................................. 40
Tabela 7 - Valores das distâncias entre condutores para a distância mínima estipulada ........................................... 41
Tabela 8 - Altura dos Condutores ao longo do troço considerado ............................................................................... 50
Tabela 9 - Distâncias entre condutores para a linha considerada ............................................................................... 51
Tabela 10 – Valores das distâncias entre condutores de forma a tornar a geometria da linha dupla hexagonal ....... 56
Tabela 11 – Exemplo Aproximação dos Condutores para d=2m .................................................................................. 58
x
Lista de Abreviações
B
Indução Magnética
CEMBEF
Campos ElectroMagnéticos de Extremamente Baixa Frequência
E
Campo Eléctrico
ERSE
Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos
EUA
Estados Unidos da América
H
Campo Magnético
ICNIRP
International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection
OMS
Organização Mundial de Saúde
UE
União Europeia
xi
1 Introdução
__________________________________________________________________________________
1 Introdução
Os Campos Electromagnéticos de Extremamente Baixa Frequência (CEMEBF, de 3 a 300Hz) existem,
em estado natural, no corpo humano mas podem, se forem de origem artificial (gerados por
equipamentos de energia, nomeadamente linhas de transporte) e a partir de um certo nível, originar
processos fisiológicos no corpo humano.
Foi durante o século XX, em 1979, que surgiu um primeiro estudo epidemiológico nos Estados Unidos
que reportava os possíveis efeitos do campo magnético sobre a saúde. A este propósito, esclareça-se que
a referência à indução magnética, B, será feita (na maioria dos casos) como sendo o campo magnético,
representado habitualmente por H, sendo a relação entre os dois no vácuo de
(
é a
constante de permeabilidade magnética do vácuo).
O problema posto tem a ver com a possibilidade de doenças associadas à exposição prolongada aos
CEMEBF. No entanto, ainda não foi comprovado cientificamente a existência de uma relação entre os
dois. Os únicos dados que parecem coincidir geograficamente (e que surgiram precisamente nesse
estudo pioneiro da década de 70) são os associados à presença de equipamentos electromagnéticos de
energia (frequências baixas) e a leucemia infantil linfoblástica aguda. No entanto estes resultados podem
ser enviesados uma vez que esta é uma doença rara e a amostra populacional de doentes é reduzida.
Durante o século XX foram efectuados vários estudos pela comunidade científica internacional
(nomeadamente nas décadas de 80 e 90) que tentaram comprovar esta hipótese de que os CEMEBF
poderiam ser prejudiciais para a saúde.
Alguns estudos apontam para que a exposição prolongada a campos magnéticos de baixas
frequências superiores a 0.3-0.4µT possa ter efeitos nefastos na saúde das crianças [OMS07]. Mas não há
provas científicas deste facto e este valor corresponde ao da exposição média residencial sobretudo nos
Estados Unidos da América (EUA) e que garante que, mesmo sob a linha, a população não estaria sujeita
a campos mais elevados do que os das suas próprias habitações.
Dado que as incertezas científicas permanecem, a Organização Mundial de Saúde (OMS), por uma
questão de precaução, recomendou em 2004 que fossem tomadas medidas em relação à construção e
instalação de equipamentos de energia eléctrica mas cabe a cada governo a decisão de adoptar ou não
algumas destas recomendações. Estas medidas preventivas devem ser estabelecidas com base no
diálogo com as populações mas têm sempre que considerar os benefícios em relação aos custos. Só
devem ser tomadas medidas, quando possível, que impliquem um custo reduzido mas deve ser evitada a
1
1 Introdução
__________________________________________________________________________________
exposição desnecessária aos CEMEBF. Não é recomendado que os valores limite sejam reduzidos para
um qualquer valor arbitrário em nome da precaução.
A propósito deste assunto, o Parlamento português publicou em Setembro do ano corrente a lei
nº30/2010 que diz respeito à protecção contra a exposição aos campos eléctricos e magnéticos
derivados de linhas, de instalações e de equipamentos eléctricos. Nessa lei é anunciado que no prazo de
13 anos, todas as linhas, instalações e equipamentos de alta e muito alta tensão em Portugal, devem
estar localizados ou ser alterados de forma a seguir as normas de segurança definidas pela OMS e
adoptadas na Europa, procedendo-se para isso ao levantamento das localizações e situações que não
cumpram os valores regulamentares de forma a elaborar um plano que permita alterar essas situações.
Isto significa que, nesse prazo, os valores para os campos eléctricos e magnético regulamentares
praticados em Portugal podem ser alterados para limites mais restritos. Deve, ao seguir-se esta
regulamentação, ter especial atenção aos espaços que impliquem uma exposição prolongada aos
CEMEBF como os estabelecimentos de saúde e equiparados, estabelecimentos de ensino como creches e
jardins-de-infância, parques e zonas de recreio infantil, lares de terceira idade e asilos, edifícios
residenciais e espaços de instalações e equipamentos desportivos.
Em Portugal, para a frequência industrial de 50Hz, os valores máximos permitidos por lei desde 2004
(e estabelecidos através da portaria nº1421/2004, de 23 de Novembro) são, para o público em geral e
trabalhadores do sector, os apresentados na Tabela 1, adoptando os valores da Recomendação do
Conselho Europeu n.º 1999/519/CE, de 12 de Julho e
sendo estes os valores definidos pelo
International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) em 1998 como os de referência.
Campo E
Campo B
Público em
Geral
5 kV/m
100µT
Trabalhadores
do Sector
10kV/m
500µT
Tabela 1 - Valores adoptados por lei em Portugal para os Campos Eléctrico e Magnético
De notar que mesmo sob uma linha de Alta Tensão (local onde os campos magnéticos são mais
elevados) os valores na tabela acima quase nunca chegam a ser atingidos. Alguns países da UE (União
Europeia) decidiram, no entanto, adoptar valores mais reduzidos como política a aplicar. Por exemplo a
Suíça que adoptou o valor de 1µT para instalações em áreas sensíveis em 1999 e a Itália que adoptou,
em 2003, o limite máximo de 3µT em novas habitações próximas de linhas. Contudo (e de acordo com a
própria OMS) não há estudos que comprovem que a exposição a 3µT é mais segura que a exposição a
2
1 Introdução
__________________________________________________________________________________
10µT ou mesmo a 100µT pelo que nem sequer é aconselhável a limitação a um destes valores uma vez
que se pode criar a ilusão de falsa segurança [OMS07].
Tomou-se assim como objectivo deste trabalho estudar, para Linhas de Distribuição (ao abrigo da
EDP), quais as medidas que podem ser adoptadas em Portugal de forma a reduzir o campo magnético ao
menor custo possível (com base nas recomendações da OMS). Os conteúdos analisados permitem obter
dados que possibilitam a redução das preocupações das populações e do próprio governo acerca da
emissão de CEMEBF pois são obtidas relações entre as medidas aplicáveis para a redução dos campos
sob e na vizinhança das linhas de alta tensão e os custos nelas implicados.
Neste caso em particular, e porque se considera a Rede de Distribuição, são estudadas linhas com
tensão nominal de 60kV. Com a ajuda de um software de simulação de Campos Electromagnéticos para
altas e baixas frequências, o Narda EFC-400, é possível obter as variações dos campos magnético e
eléctrico para as várias situações consideradas. Assim consegue-se, de forma bastante realista, prever
com base nas diversas modificações aplicadas às linhas de alta tensão em estudo o comportamento dos
campos que podem ser adquiridos em formato 3D e a partir de isolinhas para várias secções transversais.
Assim, e como continuação do trabalho “Estimativa de campos magnéticos gerados por linhas aéreas
de Distribuição, em Locais de Exposição Continuada”1 (que compara os valores modelados pelo
programa com os medidos experimentalmente no local pela EDP) são estudadas várias técnicas de
mitigação dos campos magnéticos na vizinhança tanto de uma linha simples como de uma linha dupla de
60kV em zonas residenciais com o objectivo de extrapolar para outros casos.
Este trabalho é assim constituído por três capítulos iniciais, em que é introduzido o tema a partir da
explicação do comportamento dos campos magnéticos nas linhas aéreas (uma vez que o campo eléctrico
sai fora do âmbito considerado) e as várias medidas de mitigação que podem ser adoptadas para a
redução de B. De seguida são apresentados os vários resultados obtidos tanto para a linha simples (no
Cap.4) como para a linha dupla (no Cap.5), bem como uma justificação para as medidas tomadas num
caso e noutro.
1
De agora em diante referido como [Est.Campos]
3
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
2 Campo Magnético das Linhas e Software utilizado
Basta que exista electricidade gerada, transmitida ou distribuída para que existam campos eléctricos
e magnéticos. Todas as linhas, cabos de energia ou dispositivos eléctricos são fontes de radiação
electromagnética, que não é mais do que a propagação de um campo eléctrico e de um campo
magnético variáveis e perpendiculares entre si. O facto de serem campos variáveis faz com que sejam
capazes de induzir correntes eléctricas e tensões secundárias o que pode tornar estas radiações
perigosas. No entanto, para frequências baixas (caso dos 50Hz) a corrente induzida no corpo humano é
muito baixa quando comparada com as já existentes no seu interior.
Nas linhas de transporte de energia a intensidade do campo B depende essencialmente da corrente
que percorre os condutores, bem como da distância ao solo da linha, da sua geometria e da disposição
trifásica dos condutores. A intensidade do campo E depende principalmente da tensão da linha. A
distância da linha ao solo varia ao longo do vão (distância entre postes) formando a curva habitualmente
designada por catenária, que se define (por razões de segurança) como o ponto em que a distância ao
solo é mínima, o ponto médio do vão, o que faz com que seja nesta zona que o campo magnético junto
ao solo tome valores mais elevados.
Os campos eléctricos, originados por um conjunto de cargas imóveis, emitidos a baixa frequência não
penetram no corpo humano mas acumulam carga eléctrica à sua superfície, o que faz com que as
correntes fluam desde a superfície até ao solo. Os campos magnéticos, gerados pela movimentação de
cargas eléctricas (corrente eléctrica), podem facilmente penetrar no corpo provocando a circulação de
correntes que não se escoam necessariamente para a terra, aumentando a severidade dos efeitos
fisiológicos com o aumento da densidade de corrente induzida. Tanto a exposição aos campos eléctricos
como a exposição aos campos magnéticos de extremamente baixa frequência podem provocar
alterações ao nível do sistema nervoso central. O principal problema em relação ao campo magnético é
que não é blindado pela maioria dos materiais comuns, ao contrário do campo eléctrico que pode ser
facilmente blindado.
Uma vez que para 50Hz se está no regime quase estacionário, os campos E e B podem ser
considerados de forma independente. Como o estudo do campo eléctrico sai fora do âmbito deste
trabalho, só será descrito o comportamento do campo magnético nas linhas.
Nas ondas electromagnéticas a amplitude da onda é uma medida da intensidade dos campos.
4
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
O campo electromagnético numa linha é descrito pelas leis de Maxwell, estando os condutores
isolados entre si através do ar.
(1)
Estas equações permitem verificar que um campo magnético variável no tempo pode dar origem a
um campo eléctrico também variável no tempo e vice-versa [BFARIA08].
Assume-se que as correntes transversais de deslocamento dos condutores são desprezáveis uma vez
que para a análise considerada se está na presença de campos que variam lentamente no tempo
(campos de baixa frequência). Pela lei de Ampére, se os condutores cilíndricos da linha de tensão forem
percorridos por uma intensidade de corrente I, então as linhas do campo magnético são circunferências
concêntricas de raio r de acordo com a Figura 1.
Figura 1 – Aplicação da lei de Ampére para o campo magnético que envolve um condutor cilíndrico percorrido por uma
dada corrente I [BFARIA08]
A partir do caminho fechado s, o campo magnético H é, fora do condutor (r>R), dado por
(2)
A Figura 2 mostra um corte transversal de uma linha aérea trifásica constituída por condutores
cilíndricos dispostos em esteira horizontal.
5
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
Figura 2 – Corte Transversal de uma Linha Aérea Trifásica [BFARIA08]
Considerando (xk,yk) como as coordenadas dos condutores da linha (com k=1,2,3) e (xp,yp) como as
coordenadas do ponto P obtém-se para a distância entre o condutor k e o ponto P
(3)
Tem-se então para o campo magnético no ponto P produzido pela corrente I no condutor k,
(4)
O módulo do vector do campo magnético,
, varia sinusoidalmente no tempo de acordo com a
corrente I.
O vector de direcção pode ser decomposto de acordo com a equação (5).
(5)
Somando as contribuições de todos os condutores e sabendo que
obtém-se para o vector
densidade do fluxo magnético ( ) a equação (6).
(6)
A amplitude do campo de indução magnética irá corresponder ao somatório das contribuições de
todos os condutores sendo a intensidade do campo de indução magnética dado analiticamente por
(7)
Considerando uma pessoa de altura yH na posição x do vão da linha trifásica, o campo de indução
magnética, de acordo com a Figura 2, será dado por
6
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
(8)
Em que x3=-x1, x2=0 e se tem
B(x) será uma função par com um máximo em x=0.
A Figura 3 ilustra uma distribuição tridimensional do campo magnético, medido em todos os pontos
para a mesma distância ao solo, evidenciando que, de acordo com o que foi dito anteriormente, o campo
é mais intenso ao longo do vão sob os condutores e que o ponto para o qual é máximo corresponde ao
ponto inferior da catenária.
Figura 3 - Distribuição Espacial do Campo Magnético sob uma Linha Aérea de Energia [PINTOSA08]
O software utilizado neste trabalho calcula automaticamente o campo magnético em cada ponto,
bastando definir os parâmetros de entrada do sistema como por exemplo a tensão, a corrente e a
frequência da linha a considerar e os tipos de materiais que constituem os condutores, de acordo com o
Anexo 1. Todos os apoios que constituem o troço de uma determinada linha podem ser alterados,
permitindo a modificação da configuração da linha (esteira vertical, horizontal, trevo…) através da
alteração da altura e do comprimento das travessas dos condutores. O valor da catenária (que tem um
efeito não desprezável nos valores do campo magnético) também pode ser alterado, o que permite que
alterando a altura a que os condutores se encontram do solo, o valor da flecha se mantenha constante
de forma a ser permitida uma comparação mais realista com a situação inicial da linha (já que o objectivo
é testar vários tipos de técnicas de mitigação em relação a uma dada situação inicial).
7
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
O programa de software permite ainda a utilização de perfis de chão, o que significa que é possível
considerar solos desnivelados (o que acontece na maior parte dos terrenos em que são instaladas as
linhas aéreas). A plataforma 3D permite a visualização do troço da linha e conjunto de edifícios
considerados bem como das alterações efectuadas (através de rotações no espaço) e do comportamento
dos campos como se mostra na Figura 4.
Figura 4 - Exemplo de visualização da plataforma 3D no software, neste caso é possível ver o desnível no terreno [EFC-400]
8
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
3 Medidas de Mitigação do Campo Magnético
Os valores do campo magnético diferem consoante se esteja a considerar a corrente máxima
transmissível pelos condutores da linha, a corrente de carga efectivamente transportada ou a corrente
média de carga.
Como exemplo do comportamento do campo para vários níveis de tensão ilustra-se a Figura 5, que
corresponde à distribuição do campo magnético para linhas usadas no Reino Unido, para correntes a
alimentar cargas típicas.
Figura 5 - Campo Magnético em função do afastamento do plano vertical entre apoios, para vários níveis de tensão com
geometrias e cargas típicas do Reino Unido [PINTOSA08]
Para garantir a redução da exposição, independentemente do valor que se pretenda definir como
máximo admissível para o campo magnético, é preciso garantir corredores de interdição com larguras
que aumentam à medida que o valor máximo admissível diminui. Por exemplo, se fossem pretendidos
valores inferiores a 1µT (valor arbitrário) para as linhas de 66kV e 33kV (valores de tensão usados na
Rede de Distribuição) a largura total do corredor de interdição teria de ser entre pelo menos 30 metros e
15 metros considerando o plano vertical entre apoios [PINTOSA08].
No entanto, garantir um corredor de interdição pode não ser uma solução de todo prática, por exemplo
em zonas residenciais. Assim várias outras medidas podem ser adoptadas para permitir que a exposição
9
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
aos campos magnéticos seja reduzida como por exemplo elevar as linhas, usando postes mais altos ou
reduzindo a distância entre os condutores de fase.
Para efectuar um estudo da mitigação, a primeira coisa a fazer deve ser um estudo da distribuição
magnética do campo na área afectada. Se a mitigação estiver a ser projectada antes da instalação, estes
dados não estarão disponíveis, mas podem ser obtidos através de simulações por computador, por
experiências ou por comparação com fontes de comportamento que se assume semelhantes.
Pode acontecer, em alguns casos, ser mais eficaz em termos de custo a mitigação ser efectuada
directamente na fonte em vez de o ser na área de interesse.
Figura 6 - Escolhas possíveis em termos de mitigação do campo. Esta pode ser efectuada directamente na fonte, numa área
de interesse, ou numa pequena região da área de interesse [CIGRE09]
Considera-se neste trabalho que a mitigação é efectuada na fonte, neste caso actuando directamente
nas linhas aéreas de forma a diminuir a exposição ao campo magnético numa dada região.
É geralmente impossível reduzir a corrente na linha sem uma redução da potência transmitida (a não
ser que a tensão na linha seja aumentada de forma a manter a potência inalterada e baixando a corrente
e as perdas, o que não é eficaz em termos de custo). As soluções que podem ser aplicadas serão
descritas neste capítulo, bem como dos seus efeitos sobre os valores do campo. Independentemente da
solução a adoptar e da sua eficiência, a melhor opção depende fortemente de se estar a intervir numa
linha já existente ou numa linha ainda em fase de construção [RCONTI03].
10
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
3.1. Elevação da Altura das Linhas
Aumentando a altura dos condutores nos apoios consegue-se uma maior distância da linha em
relação ao solo, o que permite uma redução do campo magnético (que diminui com o aumento da
distância) sobretudo no corredor da linha como demonstra a Figura 7. No entanto, se a área em que se
pretende uma redução do campo for fora deste corredor (onde geralmente é necessária) os resultados
não são os mais satisfatórios [CIGRE09].
Figura 7 - Mitigação do campo obtida com o aumento da altura da linha [CIGRE09]
3.1. Modificação da Geometria dos Condutores (actuando nos apoios)
A escolha adequada da geometria a usar nos apoios dos condutores tem um impacto significativo
sobre o valor do campo magnético.
Comparada com a configuração em esteira, a configuração em trevo obtém uma redução do campo
com um factor de aproximadamente 1,4 [CIGRE09]. Mas mesmo nesta configuração há diferenças entre
os vários tipos de rearranjo dos condutores. Pode ser demonstrado que a configuração em trevo
invertido é a que obtém melhores resultados, sendo a configuração em esteira vertical a que obtém os
piores.
O campo magnético é proporcional à distância entre condutores de fase, assim, a “compactação” dos
condutores torna possível a redução do espaço e a mitigação do campo. No entanto, esta técnica é
limitada pela necessidade de manter as distâncias de isolamento entre os condutores. Para além da
necessidade de limitar o efeito coroa (que aumenta devido à intensificação do campo eléctrico com a
11
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
proximidade dos condutores) é necessário evitar o contacto fortuito entre condutores, seguindo para
isso as regras de segurança legisladas [DECR92].
Figura 8 - Comparação entre os valores do campo para os vários arranjos de fases à distância de 1m do solo numa linha de
380kV [CIGRE09]
3.2. Desdobramento de Fases
O desdobramento de fases consiste no desdobramento de uma linha por desdobramento dos
respectivos condutores de fase, obtendo-se um efeito de cancelamento mútuo dos campos magnéticos.
Uma linha “desdobrada” consiste numa linha trifásica em que uma ou mais fases são divididas em
dois ou mais condutores dando origem a um campo magnético consideravelmente mais baixo.
A título de exemplo a representação da variação do campo B para várias soluções de desdobramento
de fases encontra-se na Figura 9.
12
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
Figura 9 – Comparação entre os vários campos magnéticos gerados por uma linha desdobrada em relação à situação
inicial óptima de trevo invertido [RCONTI03]
Em termos de mitigação, não existe nenhuma vantagem em desdobrar as três fases em vez de se
proceder ao desdobramento de duas delas. Considerando que cada uma das fases é desdobrada em dois
condutores, as linhas do campo magnético para a configuração em que se desdobram duas fases
mantêm-se mais próximas dos condutores do que na situação em que se desdobram as três fases (ver
Figura 10).
Figura 10 – Curvas do campo magnético (em µT) para as configurações de desdobramento de duas fases (a), e desdobramento
de três fases (b) [CIGRE09]
13
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
Na verdade, obtêm-se melhores resultados se em vez de desdobrar cada fase em dois condutores,
esta for dividida em três condutores distintos, mantendo umas das fases inalterada. O que significa que
se obtém um conjunto de sete condutores (Figura 11) [CIGRE09].
Figura 11 – Configuração e linhas de campo com três condutores por fase [CIGRE09]
Esta é considerada uma situação óptima, no entanto, tal como na modificação da geometria da linha,
as regras em relação às distâncias mínimas entre condutores têm de ser cumpridas, de forma a evitar o
contacto entre eles e limitar o efeito coroa, a não ser que se considerem condutores blindados. São
ainda necessários postes com apoios adaptados, por exemplo com estruturas articuladas [RCONTI03].
Esta solução compacta pode ser conveniente quando o objectivo é trabalhar num troço curto da
linha, com alguns vãos, dado que só se consegue manter a mesma potência para um número limitado de
vãos, não sendo prática a modificação de todos os apoios numa linha.
3.3. Enterramento das Linhas
O enterramento das linhas utilizando cabos subterrâneos permite eliminar o impacto visual mas não
elimina o campo magnético gerado (como já foi referido o campo magnético passa facilmente por vários
tipos de matéria, incluindo o solo).
Em comparação com as linhas aéreas, os cabos subterrâneos permitem uma maior segurança em
relação às condições atmosféricas adversas. No entanto, quando há ocorrência de uma falha na linha
14
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
subterrânea é mais difícil detectar onde está o problema e chegar até ao sítio em que é necessária
intervenção o que faz com que a sua reparação seja mais demorada.
A colocação de cabos subterrâneos é significativamente mais dispendiosa que a de linhas aéreas,
resultando em custos de electricidade mais elevados para os consumidores.
A Figura 12 ilustra o comportamento do campo magnético de um cabo subterrâneo em comparação
com o de uma linha aérea. Pode verificar-se que a partir de uma certa distância, o campo é muito mais
reduzido do que para as linhas aéreas.
Figura 12 – Valores do campo magnético a 1m de altura do solo para uma linha aérea e um cabo subterrâneo com os mesmos
valores nominais de tensão e corrente [PINTOSA08]
Deve referir-se que os cabos subterrâneos estarão a uma distância relativa dos humanos muito mais
próxima que as linhas aéreas, sendo geralmente enterrados a 0,7m. Continuará a ser portanto necessária
a utilização de corredores de interdição uma vez que sobre as valas de enterramento dos cabos, os
campos são, regra geral, muito mais intensos que na proximidade de uma linha aérea. A utilização de
blindagem magnética permitiria minimizar o campo B no solo imediatamente sobre o cabo, no entanto,
implica custos adicionais.
Acerca do enterramento de linhas, existe pelo menos um estudo (efectuado na Holanda) que afirma
que se consegue um campo B muito mais reduzido do que para qualquer uma das outras técnicas
estudadas [KELFKENS02], pelo que este seria um método de mitigação do campo magnético
tecnicamente mais eficaz (Figura 13). No entanto, quanto à relação técnica/custo esta torna-se
efectivamente, a pior solução pelo que acaba por tornar-se inviável (Figura 14).
15
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
Figura 13 – Número de habitações nas zonas de referência cuja solução aplicada para a mitigação do campo magnético não
tem qualquer efeito, pode notar-se que o enterramento de linhas é claramente a melhor solução [KELFKENS02]
Figura 14 – Custos totais das medidas a tomar para redução do campo magnético nas habitações das zonas de referência
[KELFKENS02]
16
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
3.4. Blindagem Magnética
Existem dois tipos de materiais que permitem a blindagem magnética dos condutores de uma linha,
os materiais ferromagnéticos e os materiais condutores.
Os primeiros, devido à sua elevada permeabilidade, proporcionam às linhas do campo magnético um
caminho de baixa relutância fazendo com que as linhas de força se concentrem sobre o material. A
presença de escudos ferromagnéticos reduz eficazmente a presença de campos magnéticos, mesmo
sabendo que a sua eficácia se reduz consideravelmente com o aumento da distância ao escudo
[RCONTI03]. No entanto, quanto maior a permeabilidade, maior o custo, o que só é justificável quando
se pretende limitar o campo numa dada região, por exemplo em aplicações que exigem alta precisão.
Os materiais condutores possuem uma elevada condutividade. As suas propriedades de escudo
baseiam-se por isso nas correntes adicionais induzidas no material pelo campo eléctrico.
Podem ser utilizados dois tipos de escudos para efectuar a blindagem magnética, escudos abertos ou
fechados. Nos escudos fechados ou na presença de campos elevados, pode ocorrer saturação, o que
significa que pode ser necessário o uso de mais escudos entre a fonte e a região a proteger.
Figura 15 - Blindagem com escudo fechado, (a) região a proteger no interior do escudo (b) região a proteger no exterior do
escudo [CIGRE09]
Nos escudos abertos as linhas de campo não podem seguir um circuito fechado. O caminho que estas
linhas percorrem no ar é muito superior ao percorrido nos escudos fechados, o que faz com que sejam
usados quando se pretende um escudo para larga escala ou quando um acesso simples à região onde se
pretende que o campo seja mitigado tem de ser garantido [CIGRE09].
17
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
Figura 16 - Diferentes configurações de blindagem com escudo aberto, (a) escudo plano (b) escudo em forma de U que
envolve a fonte (c) escudo em forma de U que envolve a área a proteger [CIGRE09]
A situação em que faz sentido a utilização de escudos abertos, será, pela própria geometria do
escudo, aquela em que os condutores serão cabos subterrâneos, e está provado ser a melhor solução
neste caso [RCONTI03]. A eficiência deste escudo depende da condutividade, variando os dois da mesma
forma (mas não linearmente). No entanto, se d aumentar muito em relação à largura do escudo, a
eficiência torna-se praticamente nula. O escudo em forma de U demonstra melhores resultados em
relação à geometria plana (ver Figura 17) mas devido aos esforços metálicos e térmicos (por ser uma
geometria com vários ângulos) a continuidade do material pode ser comprometida.
Figura 17 – Valores do campo magnético (em µT) para os vários tipos de escudos num cabo subterrâneo, (a) sem escudo, (b)
escudo plano, (c) escudo em forma de U [RCONTI03]
18
3 Medidas de Mitigação
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Para o escudo ferromagnético, um aumento no raio produz uma protecção mais fraca, porque uma
porção maior do fluxo tem de ser desviado numa largura fixa (Figura 18). No caso da blindagem
condutora, um aumento do raio melhora a protecção, pois a resistência às correntes induzidas é proporcional à circunferência do escudo (Figura 19).
Figura 18 - Desvio das linhas do campo magnético em escudo fechado ferromagnético, (a) região a proteger no interior do
escudo (b) região a proteger no exterior do escudo, o material “concentra” as linhas de campo [CIGRE09]
Figura 19 - Desvio das linhas do campo magnético em escudo fechado condutor, o material “repele” as linhas de campo
[CIGRE09]
Quando é necessária uma redução elevada do campo magnético, caso das linhas aéreas, a melhor
solução a considerar parece ser aquela em que os cabos são envolvidos em material ferromagnético
(escudo fechado) que é mais eficiente mas só serve de mitigação para um volume limitado [RCONTI03].
19
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
3.5. Utilização de uma malha de mitigação
A adição de circuitos de compensação permite criar malhas de mitigação activas ou passivas. No caso
da compensação passiva (que pode ser usada para reduzir os níveis de campo numa secção transversal
da linha ou num volume perto do corredor da linha), podem ser colocados condutores adicionais
paralelos à linha (arranjados e ligados de forma a criar uma malha ao potencial da terra). Pode, ou não,
adicionar-se também um condensador em série, de impedância
de forma a reduzir a
impedância de onda uma vez que a corrente induzida pela malha aumenta devido a fenómenos de
ressonância [BFEA07].
A compensação activa (em que o campo é cancelado por uma fonte externa que produz um campo
igual mas oposto ao da fonte, a partir da imposição de um dado valor de corrente) exige equipamento
mais sofisticado. No entanto, as regras quanto às características do escudo (nomeadamente a resistência
do condutor) não são tão rigorosas.
Em linhas já existentes e troços relativamente curtos, a instalação de condutores passivos é uma boa
solução, sendo a redução do campo magnético tanto maior quanto mais próximos estiverem os
condutores activos dos de blindagem [CIGRE09].
Figura 20 – Campo magnético gerado por uma linha (1) sem blindagem (2) com blindagem passiva (3) com blindagem passiva
em que é adicionado um condensador ressonante [BFEA07]
20
3 Medidas de Mitigação
__________________________________________________________________________________
3.6. Afastamento dos Apoios das Linhas
Esta medida de mitigação consiste na recolocação da linha, modificando o traçado desta. Assim, o
número de zonas consideradas sensíveis (referidas na Introdução e que agora constam na lei nº30/2010)
que ficariam sujeitas a níveis de campo magnético acima dos de referência seria reduzido.
De acordo com o mesmo estudo na Holanda mencionado anteriormente, pode verificar-se que a
recolocação da linha é a segunda técnica mais eficaz mas também a segunda mais dispendiosa (Figura 13
e Figura 14). Considerando que uma linha de transmissão possui um corredor com larguras específicas,
sujeito a direitos de passagem em propriedades privadas, esta não é uma medida fácil de aplicar porque
a concessão dos terrenos não é um assunto fácil de trabalhar (e os custos não são, regra geral, baixos).
Uma forma de contornar o facto de esta não ser, na maioria dos casos, uma técnica viável, é a
utilização de linhas duplas. Permitirá, mesmo não se conseguindo criar novos corredores, um
aproveitamento dos traçados já existentes (mesmo que numa fase inicial um dos sistemas não seja
utilizado).
21
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
4 Estudo Linha Simples 60kV
Neste primeiro estudo considerou-se a linha aérea de 60kV simples localizada em Trajouce, Figueirinha, com a denominação L6112 [LSIMPLES09].
Como medidas para mitigação do campo magnético na proximidade da linha serão consideradas as
seguintes:
1.
Aumento da altura dos apoios
2.
Afastamento dos apoios
3.
Modificação da geometria dos condutores
De forma a comprovar, para cada uma destas medidas, qual a melhor solução a adoptar, considerouse para cada uma várias modificações ao traçado original da linha.
A linha a estudar é composta por 3 apoios, o 27, o 28 e o 29, sendo a distância entre os mesmos de
aproximadamente 158m e 120m, respectivamente para os troços P27/P28 e P28/P29.
Figura 21 – Configuração dos Apoios da Linha Simples 60kV no Terreno [LSIMPLES09]
22
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 22 – Fotografias do terreno no troço da linha simples considerada [LSIMPLES09]
Figura 23 - Aspecto 3D do troço da linha simples considerado (vista lateral) [EFC-400]
23
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Tomou-se como objectivo do estudo a redução dos valores do campo magnético neste troço para
valores abaixo de 1µT. Assim, considera-se que em Portugal se podem adoptar medidas mais restritas
(ao abrigo da lei nº30/2010), seguindo o exemplo de outros países da Europa como a Suíça.
Os perfis criados no trabalho [Est.Campos] anteriormente referido (conforme representado na Figura
24) demonstram que, na face das habitações, o campo magnético toma valores mais elevados para a
altura de 10.5m nos prédios correspondentes ao vão P27/P28 e para a altura de 4.5m nas casas que
correspondem ao vão P28/P29) [Anexo 2]. Como se pretende reduzir o campo mais elevado a que as
pessoas estão expostas consideram-se essas alturas para esses perfis, que correspondem na prática ao
3º andar dos prédios de 14m e ao 1º andar das casas de 7m (último piso de cada um dos edifícios).
Figura 24 - Perfis considerados para obtenção do valor do campo magnético (interior das habitações)
24
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Os perfis 6 a 9 criados inicialmente eram pontos nas faces dos prédios habitacionais. No entanto
ninguém vive ou frequenta regularmente o topo dos edifícios ou as superfícies dos mesmos. Assim, para
uma visão mais realista, os perfis aqui considerados são para o interior da habitação. Considera-se que a
espessura das paredes tem aproximadamente 0.3m e o cálculo do campo será calculado a 0.5m destas.
Assim, todos os perfis foram deslocados de modo a ficar a 0.8m no sentido interior dos pontos em que
estavam.
Como geralmente nas linhas de 60kV a potência é de aproximadamente 40MVA e não os 10MVA que
constam no relatório da EDP para esta linha em particular, as simulações irão considerar uma corrente
de 385A e não de 99A.
(9)
Os valores apresentados na tabela seguinte correspondem aos valores do campo magnético inicial
obtidos para os perfis considerados com o valor de corrente acima descrito.
vão P27/P28
valores
B [µT]
Perfil 6
Perfil 7
vão P28/P29
Perfil 8
Perfil 9
Perfil 10
Perfil 11
máximo
2.221
0.88
1.974
0.955
0.841
1.375
mínimo
0.164
0.684
0.191
0.582
0.775
0.775
médio
0.673
0.781
0.963
0.826
0.82
1.153
Tabela 2- Valores do campo magnético para os vários perfis
Com base nos valores tabelados é possível verificar que o campo magnético toma valores mais
elevados no vão entre os apoios 27 e 28, nos perfis aproximadamente transversais à linha e mais
próximos do ponto médio do vão (como sejam os Perfis 6 e 8). Para o vão entre os apoios 28 e 29, o
campo é mais elevado no Perfil 11 precisamente também para os pontos mais próximos do ponto médio
do vão. Pode observar-se que este é também o perfil com valores médios mais elevados, o que pode ser
justificado pelo facto de este ser o perfil com mais pontos ao longo do corredor da linha.
Verifica-se que os valores do campo magnético para todos estes perfis do interior da habitação são
mais baixos que os correspondentes no topo dos edifícios. Isto faz sentido uma vez que os perfis
considerados são imediatamente abaixo da linha e o campo magnético diminui com o aumento da
distância. Em relação à comparação entre as faces do edifício e o interior para a mesma altura verificouse que os valores são muito semelhantes e acaba por não fazer sentido existir diferenciação (no entanto
os valores aqui apresentados a partir de agora correspondem sempre aos perfis no interior).
25
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
A título de exemplo é representada esta comparação em relação aos perfis 6, 8 e 11 que
correspondem aos perfis com valores do campo mais elevados, considerando-se que as variações para os
diferentes perfis são aproximadamente da mesma ordem de grandeza.
Comparação Interior da Habitação
com o Topo do Edifício
5.00
4.50
Topo do Prédio h=14m,
Perfil 6
4.00
3.50
Interior Habitação
h=10.5m, Perfil 6
B [µT]
3.00
Topo do Prédio h=14m,
Perfil 8
2.50
2.00
Interior Habitação
h=10.5m, Perfil 8
1.50
Topo da Moradia h=7m,
Perfil 11
1.00
0.50
Interior Habitação h=4.5m,
Perfil 11
0.00
Pontos do Perfil (m)
Figura 25 – Comparação entre os valores do campo magnético no interior da habitação e o topo dos prédios
4.1. Aumento da Altura dos Apoios
Na execução desta medida considerou-se que fazia mais sentido aumentar os apoios todos da mesma
forma (ao invés de um poste de cada vez) de forma a testar a alteração do troço completo.
Considerou-se ainda que a altura do ponto médio de cada vão varia da mesma forma que o aumento
da altura dos condutores (mantendo-se sempre a mesma flecha). Apresentam-se de seguida os gráficos
referentes aos vários aumentos na altura considerados2.
2
Para a leitura dos gráficos considera-se como referência os pontos J, K, M e L sendo o varrimento efectuado de x
em x metros conforme os perfis apresentados na Figura 24
26
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Aumento da Altura dos Condutores nos Apoios
Perfil 6
2.50
2.00
B [µT]
Valores Iniciais do Campo
1.50
Aumento 3m na Altura
Condutores
1.00
Aumento 5m na Altura
Condutores
0.50
Aumento 6m na Altura
Condutores
0.00
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 26 - Efeito do aumento da altura dos condutores no campo B para os pontos do perfil 6
Efeito do Aumento da Altura dos Condutores nos Apoios
Perfil 8
2.50
2.00
B [µT]
Valores Iniciais do Campo
1.50
Aumento 3m na Altura
Condutores
1.00
Aumento 5m na Altura
Condutores
0.50
Aumento 6m na Altura
Condutores
0.00
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 27 - Efeito do aumento da altura dos condutores no campo B para os pontos do perfil 8
27
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Aumento da Altura dos Condutores nos Apoios
Perfil 11
1.60
1.40
1.20
Valores Iniciais do Campo
B [µT]
1.00
0.80
Aumento 3m na Altura
Condutores
0.60
Aumento 5m na Altura
Condutores
0.40
Aumento 6m na Altura
Condutores
0.20
0.00
M
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Pontos do Perfil (m)
Figura 28 - Efeito do aumento da altura dos condutores no campo B para os pontos do perfil 11
Verificou-se que um aumento de 6m na altura a que estão posicionados os condutores é suficiente
para garantir que todos os perfis habitacionais tenham valores do campo magnético inferiores a 1µT. Se,
por exemplo, se pretendesse a mitigação do campo magnético apenas no vão P28/P29, então um
aumento da altura dos condutores na ordem dos 3m seria suficiente.
4.2. Afastamento dos Apoios da Linha
Já foi referido que esta é uma medida bastante dispendiosa e traz inclusivamente alguns problemas
em relação à concessão de terrenos. No entanto, por uma questão informativa, verificou-se quantos
metros seria necessário deslocar a linha de forma a obter a redução desejada nos valores do campo.
Como o objectivo desta medida é o afastamento da linha face às habitações, foi efectuado um deslocamento para a esquerda (uma vez que aquilo que se teria no sentido oposto seriam edifícios) em
termos de coordenadas do apoio 28. A comparação entre a posição inicial e o deslocamento máximo
efectuado encontra-se nas Figura 29 e Figura 30.
28
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 29 - Posição inicial dos apoios no troço considerado [EFC-400]
Figura 30 - Deslocamento máximo para a esquerda efectuado no apoio 28 [EFC-400]
29
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
A única forma de reduzir o campo magnético abaixo dos 1µT em todos os perfis seria efectuar um
deslocamento de 90m para a esquerda do apoio 28 em relação à sua posição inicial. Por comparação
entre as duas imagens, pode logo assumir-se que reduzir o campo entre os apoios 28 e 29 exigiria um
menor deslocamento do apoio do que no resto do troço considerado. De facto, o único perfil que exige
este deslocamento de 90m é o 6 pois é o que apresenta valores mais elevados do campo na posição
inicial e o deslocamento do poste 28 não provoca um afastamento muito elevado da linha em relação ao
prédio que contém este perfil.
Figura 31 - Campo magnético inicial para o troço da linha simples de 60kV [EFC-400]
Os valores da redução do campo para cada deslocamento efectuado encontram-se nas figuras seguintes. De notar que, nos gráficos, independentemente do deslocamento, a altura a que os perfis são
calculados é sempre a inicial (10.5m ou 4.5m dependendo de se considerar o perfil no troço P27/P28 ou
no troço P28/P29).
30
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 32 - Campo magnético depois de um deslocamento de 90m [EFC-400]
Efeito do Deslocamento do Apoio P28
Perfil 6
Valores Iniciais do Campo
2.5
Deslocamento Poste28 3m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 5m à
Esquerda
B [µT]
2
Deslocamento Poste28 10m à
Esquerda
1.5
Deslocamento Poste28 15m à
Esquerda
1
Deslocamento Poste28 30m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 45m à
Esquerda
0.5
Deslocamento Poste28 60m à
Esquerda
0
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Deslocamento Poste28 75m à
Esquerda
Pontos do Perfil (m)
Deslocamento Poste28 90m à
Esquerda
Figura 33 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 6
31
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Deslocamento do Apoio P28
Perfil 7
Valores Iniciais do Campo
1
0.9
0.8
B [µT]
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
J
2
4
6
8
10
12
K
Deslocamento Poste28 3m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 5m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 10m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 15m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 30m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 45m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 60m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 75m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 90m à
Esquerda
Pontos do Perfil (m)
Figura 34 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 7
Efeito do Deslocamento do Apoio P28
Perfil 8
Valores Iniciais do Campo
2.5
Deslocamento Poste28 3m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 5m à
Esquerda
B [µT]
2
Deslocamento Poste28 10m à
Esquerda
1.5
Deslocamento Poste28 15m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 30m à
Esquerda
1
Deslocamento Poste28 45m à
Esquerda
0.5
Deslocamento Poste28 60m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 75m à
Esquerda
0
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Deslocamento Poste28 90m à
Esquerda
Pontos do Perfil (m)
Figura 35 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 8
32
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Deslocamento do Apoio P28
Perfil 9
Valores Iniciais do Campo
1.2
Deslocamento Poste28 3m à
Esquerda
1
Deslocamento Poste28 5m à
Esquerda
B [µT]
0.8
Deslocamento Poste28 10m à
Esquerda
0.6
Deslocamento Poste28 15m à
Esquerda
0.4
Deslocamento Poste28 30m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 45m à
Esquerda
0.2
Deslocamento Poste28 60m à
Esquerda
0
L
3
6
9
12 15 18 21 24 27 30 33 36
Pontos do Perfil (m)
Deslocamento Poste28 75m à
Esquerda
Deslocamento Poste28 90m à
Esquerda
Figura 36 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 9
Efeito do Deslocamento do Apoio P28
Perfil 10
Valores Iniciais do Campo
1
0.9
Deslocamento Poste28 3m à
Esquerda
0.8
Deslocamento Poste28 5m à
Esquerda
B [µT]
0.7
Deslocamento Poste28 10m à
Esquerda
0.6
0.5
Deslocamento Poste28 15m à
Esquerda
0.4
Deslocamento Poste28 30m à
Esquerda
0.3
Deslocamento Poste28 45m à
Esquerda
0.2
0.1
Deslocamento Poste28 60m à
Esquerda
0
Deslocamento Poste28 75m à
Esquerda
L
2
4
6
Pontos do Perfil (m)
8
M
Deslocamento Poste28 90m à
Esquerda
Figura 37 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 10
33
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Deslocamento do Apoio P28
Perfil 11
Valores Iniciais do Campo
1.6
Deslocamento Poste28 3m à
Esquerda
1.4
Deslocamento Poste28 5m à
Esquerda
B [µT]
1.2
1
Deslocamento Poste28 10m à
Esquerda
0.8
Deslocamento Poste28 15m à
Esquerda
0.6
Deslocamento Poste28 30m à
Esquerda
0.4
Deslocamento Poste28 45m à
Esquerda
0.2
Deslocamento Poste28 60m à
Esquerda
0
Deslocamento Poste28 75m à
Esquerda
M
3
6
9
12 15 18 21 24 27 30 33 36
Pontos do Perfil (m)
Deslocamento Poste28 90m à
Esquerda
Figura 38 - Efeito do afastamento do poste 28 nos pontos do perfil 11
Aquilo que se obtém com o deslocamento do poste é um deslocamento do campo na mesma ordem
de grandeza, efeito visível nos perfis com valores de campo mais elevados como sejam o perfil 6 e o
perfil 8.
Pode observar-se que, movendo o poste, os perfis com valores do campo magnético mais elevados
deixam de ser os imediatamente abaixo da linha mas passam a ser aqueles que estão na face mais
próxima da linha deslocada. Assim, considera-se que faz mais sentido fazer um deslocamento do poste
também numa outra direcção. Tomou-se como critério que a colocação do poste deveria ser num ponto
que garanta a maior distância aos perfis nas faces de todas as habitações. Para isto traçam-se rectas
paralelas às faces dos edifícios conforme a Figura 39, e a intersecção das duas rectas há-de garantir o
ponto de maior distância às faces dos mesmos.
34
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 39 – Intersecção das duas rectas paralelas às faces dos edifícios [EFC-400]
Colocando o Apoio no ponto P da intersecção, obtém-se então, para o troço considerado, a
composição mostrada na Figura 40. Isto implica que os condutores têm que ser alterados uma vez que
cada parte do troço passa a ser diferente. Ao invés de 158m entre os apoios P27 e P28 passa a ter-se
aproximadamente 118m e ao invés de 120m entre os apoios P28 e P29 passa a ter-se aproximadamente
191m.
Figura 40 – Localização do Apoio 28 no ponto P da intersecção [EFC-400]
35
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Os resultados da simulação obtidos permitem verificar que, de facto, o ideal é colocar o Apoio 28
numa posição que permita uma distância considerável dos perfis habitacionais.
As figuras que se seguem permitem observar os valores obtidos para o campo magnético. Só são
apresentados os resultados para os perfis cujos valores iniciais do campo magnético são mais elevados,
pois considera-se que o comportamento é semelhante em todos os outros perfis.
Figura 41 – Campo magnético obtido quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P [EFC-400]
36
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Deslocamento do Apoio P28 para o ponto P
Perfil 6
2.5
B [µT]
2
1.5
Valores Iniciais do Campo
1
Apoio deslocado para o
ponto P
0.5
0
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 42 - Campo magnético obtido para os pontos do Perfil 6 quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P
Efeito do Deslocamento do Apoio P28 para o ponto P
Perfil 8
2.5
B [µT]
2
1.5
Valores Iniciais do Campo
1
Apoio deslocado para o
ponto P
0.5
0
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 43 – Campo magnético obtido para os pontos do Perfil 8 quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P
37
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Deslocamento do Apoio P28 para o ponto P
Perfil 11
1.6
1.4
1.2
B [µT]
1
0.8
Valores Iniciais do Campo
0.6
Apoio deslocado para o
ponto P
0.4
0.2
0
M
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Pontos do Perfil (m)
Figura 44 - Campo magnético obtido para os pontos do Perfil 11 quando o Apoio 28 é deslocado para o ponto P
Verifica-se que a melhor solução a aplicar aqui é a colocação do poste no ponto P (ou num
semelhante). Assim, garante-se um valor do campo magnético inferior a 1µT para todos os perfis no
interior das habitações quer a 10.5m ou a 4.5m de altura.
4.3. Modificação da Geometria dos condutores
A partir de vários estudos, está cientificamente comprovado que, para uma linha trifásica simples, a
geometria para a qual se obtêm melhores resultados é a de trevo invertido e a que apresenta piores
resultados a esteira vertical [CIGRE09].
O objectivo aqui é, no entanto, encontrar uma boa solução para a linha considerada. Por isso em vez
de se testar as várias geometrias existentes, dado que os resultados já são conhecidos, executa-se
inicialmente uma aproximação dos condutores, de forma a verificar se a redução nos valores do campo é
a que se pretende. Assim, não será necessário alterar toda a estrutura do apoio dos condutores.
38
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Sabe-se que quanto mais equilátero for o trevo formado pelo conjunto dos condutores, menor será o
campo magnético emitido pelo conjunto. A configuração em galhardete dos condutores da linha aqui
estudada encontra-se representada na Figura 45.
Figura 45 - Geometria da linha simples 60kV a estudar
O valor, em metros, para cada uma das distâncias representadas é dado pela Tabela 3.
d1
3.16m
d2
2m
d3
3.16m
d4
1m
d5
1.5m
d6
1.5m
Tabela 3 - Valores das distâncias entre condutores
Neste caso, uma vez que a distância mínima entre dois condutores aplicada no local é d2=2m,
considerou-se que poderia ser tomado este valor como o mínimo entre todos os condutores do sistema
de forma a tornar o trevo num triângulo equilátero.
Assim, passa a ter-se para as distâncias consideradas, através de simples manipulação geométrica:
d1
2m
d2
2m
d3
2m
d4
1m
d5
.866m
d6
.866m
Tabela 4 - Valores das distâncias entre condutores de forma a tornar o trevo equilátero
39
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Existe um valor mínimo exigido, de acordo com o Regulamento para as Linhas de Alta Tensão, para as
distâncias entre condutores de modo a que estes não se toquem perigosamente [DECR92]. Este valor
depende da flecha máxima, natureza dos condutores, comprimentos das cadeias de isoladores e tensão
do sistema, dado, para linhas de 3ªclasse (caso dos 60kV), pela equação
(10)
Para este caso em particular e para o troço 27/28 (onde se encontram os perfis com maior valor do
campo magnético), têm-se os valores representados na Tabela 5.
flecha máxima dos condutores
9,025m
coeficiente da natureza dos condutores
0,6
comprimento das cadeias de isoladores
0,73m
Tabela 5 – Valores para o cálculo da distância mínima
Consideram-se neste estudo condutores de cobre e que a cadeia de isoladores é constituída por 5
elementos de cerâmica do tipo U70BL, numa montagem do tipo amarração, com as características
definidas na Tabela 6 [NSEQ09].
TIPO
U70BL
DIMENSÕES
Diâmetro do espigão
Passo
Diâmetro
16mm
146mm
255mm
300mm
Comprimento da linha de fuga
Tabela 6 – Características das dimensões consideradas para a cadeia de isoladores [NSEQ09]
É referido, no mesmo Regulamento, que as cadeias de isoladores a ser considerados são susceptíveis
de oscilarem transversalmente à linha, o que não acontece com as cadeias do tipo amarração mas sim do
tipo suspensão. Assim, neste caso considera-se que a equação (10) toma a forma
(11)
Partindo do princípio que a linha se encontra numa zona considerada sem gelo então pode ter-se
(12)
Ainda de acordo com o Regulamento das Linhas de Alta Tensão, a distância mínima que pode ser
aplicada entre condutores nus numa linha de 3ª classe é de 1cm/kV, o que neste caso corresponde a
0,6m. Dmin=1.47m respeita, portanto, este valor.
40
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Assim, e de forma a manter também uma margem de segurança, foi simulado o esquema da Figura
45, considerando a geometria de trevo equilátero para uma distância entre condutores de 1,5m. Isto
significa que a altura a que se encontram as travessas terá de ser alterada. Para considerar o melhor
caso, e uma vez que provavelmente é indiferente (em termos de apoio) a forma como se alteram os
condutores, apenas o condutor que corresponde à maior altura em relação ao solo (neste caso a Fase 1)
irá manter-se à mesma altura. Isto significa que a altura a que se encontra o conjunto formado pelos
condutores ficará a uma altura superior do solo em relação à situação inicial.
Para a mesma Figura 45, as distâncias consideradas estão representadas na tabela seguinte.
d1
d2
d3
d4
1.5m
1.5m
1.5m
.75m
d5
d6
.6495m
.6495m
Tabela 7 - Valores das distâncias entre condutores para a distância mínima estipulada
Apresentam-se novamente os resultados para os perfis mais problemáticos, os perfis 6, 8 e 11, pois
considera-se que a variação em termos de campo magnético é a mesma para todos os perfis quando a
geometria dos condutores é alterada. Nos gráficos, independentemente da distância entre os condutores
considerada, a altura a que os perfis são calculados é sempre a inicial (10.5m ou 4.5m dependendo do
perfil).
Efeito da Modificação da Geometria para Trevo Equilátero
Perfil 6
2.5
B [µT]
2
1.5
Valores Iniciais do Campo
1
Trevo Equilátero d=2m
Trevo Equilátero d=1.5m
0.5
0
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 46 - Efeito da modificação da geometria dos condutores para os pontos do perfil 6
41
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito da Modificação da Geometria para Trevo Equilátero
Perfil 8
2.5
B [µT]
2
1.5
Valores Iniciais do Campo
1
Trevo Equilátero d=2m
Trevo Equilátero d=1.5m
0.5
0
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 47 - Efeito da modificação da geometria dos condutores para os pontos do perfil 8
Efeito da Modificação da Geometria para Trevo Equilátero
Perfil 11
1.6
1.4
1.2
B [µT]
1
0.8
Valores Iniciais do Campo
0.6
Trevo Equilátero d=2m
0.4
Trevo Equilátero d=1.5m
0.2
0
M
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Pontos do Perfil (m)
Figura 48 - Efeito da modificação da geometria dos condutores para os pontos do perfil 11
42
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Para os vários perfis há uma redução significativa nos valores do campo magnético emitidos. No
entanto, pretendendo-se uma redução até 1µT, esta modificação não permite, de forma unívoca, a
mitigação desejada.
Considere-se então que os condutores são revestidos. Nesse caso, em relação ao campo magnético,
não existirá uma limitação da distância entre condutores pois estes estarão isolados uns dos outros. Seria
sempre necessário considerar o campo eléctrico devido a efeitos de disrupção mas este sai fora do
âmbito do trabalho.
Para verificação da variação do campo magnético com a redução da distância entre condutores foi
tomado um passo de 25cm a partir da distância mínima que seria permitido existir. Assim, para além dos
outros 1.5m foram consideradas as distâncias 1.25m, 1m, 0.75m, 0.5m e 0.25m entre os condutores. Os
resultados estão demonstrados nas figuras seguintes.
Efeito da Modificação da Geometria para Trevo Equilátero
considerando condutores revestidos
Perfil 6
2.5
B [µT]
2
Valores Iniciais do Campo
Trevo Equilátero d=2m
1.5
Trevo Equilátero d=1.5m
Trevo Equilátero d=1.25m
1
Trevo Equilátero d=1m
0.5
Trevo Equilátero d=0.75m
Trevo Equilátero d=0.5m
0
Trevo Equilátero d=0.25m
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 49 - Efeito da modificação da geometria dos condutores revestidos de 0.25m em 0.25m para os pontos do perfil 6
43
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito da Modificação da Geometria para Trevo Equilátero
considerando condutores revestidos
Perfil 8
2.5
B [µT]
2
Valores Iniciais do Campo
Trevo Equilátero d=2m
1.5
Trevo Equilátero d=1.5m
Trevo Equilátero d=1.25m
1
Trevo Equilátero d=1m
0.5
Trevo Equilátero d=0.75m
Trevo Equilátero d=0.5m
0
Trevo Equilátero d=0.25m
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Pontos do Perfil (m)
Figura 50 - Efeito da modificação da geometria dos condutores revestidos de 0.25m em 0.25m para os pontos do perfil 8
Efeito da Modificação da Geometria para Trevo Equilátero
considerando condutores revestidos
Perfil 11
1.6
1.4
Valores Iniciais do Campo
1.2
Trevo Equilátero d=2m
B [µT]
1
Trevo Equilátero d=1.5m
0.8
Trevo Equilátero d=1.25m
0.6
Trevo Equilátero d=1m
0.4
Trevo Equilátero d=0.75m
0.2
Trevo Equilátero d=0.5m
0
Trevo Equilátero d=0.25m
M
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Pontos do Perfil (m)
Figura 51 - Efeito da modificação da geometria dos condutores revestidos de 0.25m em 0.25m para os pontos do perfil 11
44
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Considerando que os condutores podem ser aproximados o máximo possível, conclui-se que basta
uma distância de 1m entre condutores para que o campo magnético tenha, para os perfis considerados,
valores inferiores a 1µT. Claro que, como já referido, os condutores têm de ser revestidos para que possa
ser ignorada a distância de segurança regulamentar e esta medida tem sempre de ter em conta os
efeitos da disrupção no campo eléctrico.
4.4. Influência do Cabo de Guarda
Constatou-se, neste estudo, que o Cabo de Guarda pode influenciar o campo magnético emitido pela
linha. Quando a linha tem cabos à terra, é induzida neles uma força electromotriz. Gera-se uma corrente
entre os condutores e com a terra. Por sua vez, esta corrente gera um campo magnético que decresce
inversamente com a distância. Pode fazer-se uma analogia com um transformador em que existe um
acoplamento indutivo. Funcionado como uma malha fechada, o conjunto de cabos faz com que haja uma
redução do campo. Assim, foram efectuadas simulações considerando uma resistência de terra nos
postes mais elevada em relação à usada inicialmente (passou a ter-se uma resistência de terra Rt=15Ω
em vez de Rt=0). O objectivo era verificar se a Resistência de Terra do poste pode ser utilizado como
método de mitigação.
Os resultados obtidos estão representados nas figuras seguintes.
Efeito do Cabo de Guarda
Perfil 6
2.5
Valores Iniciais do Campo
B [µT]
2
Valores Iniciais do Campo
com Rt=15Ω
1.5
Trevo Equilátero d=2m
1
Trevo Equilátero d=2m
com Rt=15Ω
0.5
Trevo Equilátero d=1.5m
0
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Trevo Equilátero d=1.5m
com Rt=15Ω
Pontos do Perfil (m)
Figura 52 – Efeito do Cabo de Guarda nos valores do campo magnético provocado pela Resistência de Terra nos apoios
para os pontos do Perfil 6
45
4 Estudo Linha Simples 60 kV
__________________________________________________________________________________
Efeito do Cabo de Guarda
Perfil 8
2.5
Valores Iniciais do Campo
B [µT]
2
Valores Iniciais do Campo
com Rt=15Ω
1.5
Trevo Equilátero d=2m
1
Trevo Equilátero d=2m
com Rt=15Ω
0.5
Trevo Equilátero d=1.5m
0
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Trevo Equilátero d=1.5m
com Rt=15Ω
Pontos do Perfil (m)
Figura 53 - Efeito do Cabo de Guarda nos valores do campo magnético provocado pela Resistência de Terra nos apoios
para os pontos do Perfil 8
Efeito do Cabo de Guarda
Perfil 11
1.6
1.4
Valores Iniciais do Campo
1.2
Valores Iniciais do Campo
com Rt=15Ω
B [µT]
1
0.8
Trevo Equilátero d=2m
0.6
0.4
Trevo Equilátero d=2m
com Rt=15Ω
0.2
Trevo Equilátero d=1.5m
0
M
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Trevo Equilátero d=1.5m
com Rt=15Ω
Pontos do Perfil (m)
Figura 54 - Efeito do Cabo de Guarda nos valores do campo magnético provocado pela Resistência de Terra nos apoios
para os pontos do Perfil 11
46
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Percebemos por estes resultados que o campo praticamente não sofre variação sendo a sua redução
muito baixa. Não é, assim, uma solução viável como técnica de mitigação do campo magnético. No
entanto é visível que ao aumentar o valor da Rt dos apoios, o valor do campo magnético emitido pelo
conjunto será menor.
5 Estudo Linha Dupla 60kV
Num segundo estudo, considerou-se a linha aérea dupla de 60kV localizada em Trajouce, Zambujal,
com a denominação L6124/L6125 [LDUPLA09].
A numeração dos apoios não é idêntica em ambas as linhas, pelo que o troço em estudo será o que
contém os apoios P50/52, P51/53 e P52/54, de acordo com a Figura 55.
Figura 55 – Traçado da linha dupla 60kV em estudo [LDUPLA09]
Foram estudados vários perfis apresentados no relatório da EDP (perfis 1 e 2 entre os apoios P50/52 e
P51/53 e perfis 3 e 4 entre os apoios P51/53 e P52/54) e, de forma a completar o estudo, acrescentaramse novos perfis paralelos às faces dos prédios mais próximos da linha no troço descrito.
De acordo com o mesmo relatório, nas simulações foi considerado que o solo tinha desníveis.
As figuras seguintes permitem perceber a localização dos perfis considerados.
47
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 56 - Pormenor do troço da linha dupla 60kV considerado
Figura 57 - Fotografias do troço da linha dupla considerado [LDUPLA09]
48
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 58 – Aspecto 3D do troço da linha dupla considerado (vista lateral) [EFC-400]
Figura 59 - Perfis considerados para o cálculo do campo magnético
Os apoios da linha são do tipo esteira vertical dupla e as cadeias de isoladores do tipo amarração. O
campo magnético é calculado considerando que U=60kV e I=430A (valor do diagrama de carga aquando
das medições que constam no relatório da EDP).
Foram medidos, no trabalho [Est.Campos] anteriormente referido, os valores do campo magnético a
várias alturas do solo nos perfis paralelos às faces dos prédios, podendo assim concluir-se que a altura
para a qual os valores do campo magnético são mais elevados é h=10m (ver Anexo 3).
Este valor faz todo o sentido uma vez que o prédio é mais alto que a linha em si e o campo magnético
decresce com o aumento da distância aos condutores, e estes 10m correspondem à altura mais próxima
da altura dos condutores no ponto médio do vão.
49
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Poste 50/52
Poste 51/53
Poste 52/54
Poste 50/52
Poste 51/53
Poste 52/54
Altura no Poste do Condutor (m)
Cabo Guarda Fase 1=Fase 1' Fase 2=Fase 2' Fase 3=Fase 3'
23.8
21.8
19.8
17.8
23.8
21.8
19.8
17.8
31.4
29.4
27.4
25.4
Altura no Ponto Médio Vão do Condutor (m)
Cabo Guarda Fase 1=Fase 1' Fase 2=Fase 2' Fase 3=Fase 3'
21.3
19.3
17.3
15.3
15.5
13.5
11.5
9.5
Tabela 8 - Altura dos Condutores ao longo do troço considerado
As medidas tomadas para a linha dupla são, portanto, consideradas para a altura h=10m em relação
ao solo que corresponde aproximadamente ao 3º andar de um prédio de 7 andares com a altura total de
24.5m. Quanto aos perfis mais próximos da linha (perfis de 1 a 4), os valores do campo magnético
indicados são para a altura que se considera ser a de referência, 1m do solo.
Da mesma forma que para a linha simples, os perfis 5 a 12 são também para o interior das habitações.
Os pressupostos em termos de medidas das paredes são os mesmos considerados anteriormente. Os
valores do campo magnético para todos estes perfis do interior da habitação são mais elevados que os
correspondentes nas faces dos edifícios. A título de exemplo é representada esta comparação em
relação ao perfil 9 que corresponde ao perfil com valores do campo mais elevados.
Comparação interior habitação com face do prédio
Perfil 9
1.45
1.4
B [µT]
1.35
1.3
Face do prédio h=10m
1.25
1.2
Interior Habitação
h=10m
1.15
1.1
I 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Pontos do Perfil (m)
Figura 60 - Comparação entre os pontos do interior da habitação e os pontos na face do prédio
50
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Através dos valores obtidos, verifica-se que quanto mais próximo da linha está o perfil a considerar,
maior o valor do campo magnético. O mesmo acontece para os perfis transversais à linha.
O tipo de apoios, sistemas e geometria dos condutores da linha a estudar estão representados na
Figura 61, sendo os valores das distâncias entre condutores apresentados na Tabela 9.
Figura 61 - Geometria da linha dupla 60kV a estudar
Apoio P50/52
d1
4m
d2
2m
d3
2m
d4
2m
Apoio P51/53
d1
4m
d2
2m
d3
d4
1.5m
1.5m
d3
d4
1.5m
1.5m
Apoio P52/54
d1
4m
d2
2m
Tabela 9 - Distâncias entre condutores para a linha considerada
51
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
5.1. Troca de Sequência de Fases
Como referido em [CIGRE09], a medida que obtém melhores resultados numa linha dupla de forma a
reduzir o campo magnético é a troca da sequência entre fases. Por isso tomou-se esta como a primeira
medida a tomar.
Serão sempre aqui apresentados, uma vez que o comportamento em todos os perfis é semelhante, os
perfis 9 e 4 que correspondem aos perfis com valores do campo magnético mais elevados,
respectivamente, no interior da habitação (aproximadamente paralelo à linha) e na proximidade da linha
(num perfil transversal), respectivamente às alturas de 10m e 1m em relação ao solo.
As simulações efectuadas consideram que há dois tipos de troca de sequência de fases. Numa
primeira análise trocam-se as fases do Sistema 1 e depois as fases do Sistema 2. É de notar que o Sistema
2 corresponde ao que se encontra mais próximo das habitações.
Figura 62 - Troca de Sequência de Fases realizada, (a) Troca no Sistema 1, (b) Troca no Sistema 2
52
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Os resultados obtidos permitem afirmar que trocar a sequência de fases do Sistema 1 ou do Sistema 2
é praticamente indiferente pois os valores do campo magnético obtidos são muito próximos.
Troca Sequência de Fases
Perfil 9
1.6
1.4
B [µT]
1.2
1
Valores Iniciais do
Campo
0.8
Troca de Fases Sistema
1
0.6
0.4
Troca de Fases Sistema
2
0.2
0
I 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Pontos do Perfil (m)
Figura 63 - Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 9 executando Troca de Sequência de Fases
Troca Sequência de Fases
Perfil 4
7
6
B [µT]
5
Valores Iniciais do
Campo
4
3
Troca de Fases Sistema
1
2
Troca de Fases Sistema
2
1
0
E
1
2
3
4
5
7
9
11 13
Pontos do Perfil (m)
Figura 64 - Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 4 executando Troca de Sequência de Fases
53
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Verifica-se que, tanto para os perfis das habitações como para os perfis mais próximos da linha, a
troca da sequência de fases permite obter uma redução nos valores do campo magnético para os 20% a
30%. Para os perfis das habitações (portanto mais longe do troço da linha) os valores passam a ser
apenas aproximadamente 20% dos valores iniciais e nos perfis imediatamente abaixo da linha
aproximadamente 30%. Pode então concluir-se que o efeito da troca da sequência de fases aumenta
com a distância, uma vez que o Perfil 4 se encontra imediatamente abaixo da linha e o Perfil 9 a
aproximadamente 17m da linha.
Para os perfis nas habitações consegue-se assim reduzir o campo para valores quase residuais. No
entanto, se quisermos considerar como objectivo a redução dos valores do campo para 1µT nos perfis
sob a linha, esta medida não é suficiente.
5.2. Apenas um dos Sistemas da Linha Dupla activo
Considerou-se que seria interessante verificar neste estudo o efeito de ser ter apenas um dos
sistemas activos, tendo o outro corrente nula. Assim, pode determinar-se a corrente mínima a passar
num único sistema com a configuração de esteira vertical que obtém os mesmos valores do campo
magnético que a linha dupla (dois sistemas) aquando da troca de sequência de fases.
Comparou-se, para os perfis habitacionais, ainda na configuração inicial (Figura 61), o campo
magnético quando os dois sistemas estão activos, com correntes
que apenas se tem
ou
com as situações em
.
Assim, são efectuadas as simulações considerando as situações em que apenas um dos sistemas está
activo para as configurações da Figura 62. Quando
Sequência de Fases é obviamente realizada no Sistema 1, e quando
considera-se que a Troca da
esta troca dá-se
no Sistema 2.
Os resultados obtidos encontram-se na Figura 65.
54
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Apenas um Sistema de Condutores Activo
Valores Iniciais do Campo, 2
Perfil 9
Sistemas I1=I2=430A
1.6
Troca Sequência Fases Sistema 1,
I1=I2=430A
1.4
1.2
Troca Sequência Fases Sistema 2,
I1=I2=430A
B [µT]
1
Apenas Sistema 1 em
funcionamento I1=430A
0.8
0.6
I1=430/2.66=162A, Corrente para
a qual se obtém o mesmo
resultado que Troca Sequência
Fases
Apenas Sistema 2 em
funcionamento I2=430A
0.4
0.2
0
I
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Pontos do Perfil (m)
I2=430/3.55=122A, Corrente para
a qual se obtém o mesmo
resultado que Troca Sequência
Fases
Figura 65 - Comparação entre as várias configurações quando apenas um dos sistemas está activo
Para se ter os mesmos valores do campo magnético que os obtidos aquando da troca da sequência de
fases (Figura 62 (a)) no Sistema 1, quando é este que está activo e I2=0, basta ter-se uma corrente de
aproximadamente 162A. Isto corresponde a dizer que os valores do campo são 2.66 vezes superiores em
relação à troca de sequência entre fases quando se tem apenas o Sistema 1 activo.
Quanto ao Sistema 2 bastaria ter-se uma corrente de apenas 122A, o que até faz sentido visto este
ser o sistema mais próximo dos perfis habitacionais, o que corresponde a dizer que os valores do campo
são 3.55 vezes superiores em relação à troca de sequência entre fases quando se tem apenas o Sistema 2
activo na configuração inicial da linha.
Na Figura 65, a linha a tracejado vermelha corresponde a valores aproximadamente iguais aos da
troca de sequência de fases e por isso não se vê no gráfico.
5.3. Alteração da Geometria dos Condutores
Tal como para a linha simples, também aqui foi estudado o efeito de se tornar a geometria mais
concêntrica. Neste caso, como se têm seis condutores distintos, a alteração é efectuada de modo a
formar uma estrutura hexagonal como descrito na Figura 66 (b).
55
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Figura 66 – Alteração da Geometria dos Condutores para Hexagonal, (a) Situação Inicial (b) Geometria Hexagonal
Desta forma como mostra a Tabela 9, a distância entre os condutores não é a mesma nos vários
apoios. Assim, a distância mínima entre condutores que se observa é d=2m. No entanto, seguindo as
mesmas regras descritas para a linha simples [DECR92], a distância mínima que se pode considerar é
d=1.5m. Obtém-se assim, por simples manipulação geométrica, para as várias distâncias representadas
na Figura 66 (b) os valores representados na Tabela 10.
d1
d2
d3
d4
1.3m
1.3m
1.5m
1.5m
d5
0.75m
d6
0.75m
Tabela 10 – Valores das distâncias entre condutores de forma a tornar a geometria da linha dupla hexagonal
Por razões de estimativa também se efectuou o estudo considerando que a distância entre
condutores poderia ser de 2m.
Considera-se que os valores do campo magnético serão mais favoráveis se forem usados como
referência os condutores referentes às fases 1 e 1’, uma vez que a sua altura em relação ao solo é mais
56
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
elevada. Assim, todos os outros serão modificados em função destes de forma a obter a geometria
desejada. Tal como para a linha simples, a altura do ponto médio de cada vão varia da mesma forma que
o aumento da altura dos condutores. Os valores do campo magnético obtidos estão representados nas
Figura 67 e Figura 68.
Geometria Hexagonal Linha Dupla
Perfil 9
1.6
1.4
B [µT]
1.2
1
Valores Iniciais do
Campo
0.8
Geometria Hexagonal
d=2m
0.6
0.4
Geometria Hexagonal
d=1.5m
0.2
0
I 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Pontos do Perfil (m)
Figura 67 – Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 9 usando Geometria Hexagonal
Geometria Hexagonal Linha Dupla
Perfil 4
7
6
B [µT]
5
Valores Iniciais do
Campo
4
3
Geometria Hexagonal
d=2m
2
Geometria Hexagonal
d=1.5m
1
0
E
1
2
3
4
5
7
9
11 13
Pontos do Perfil (m)
Figura 68 – Variação do Campo Magnético para os pontos do perfil 4 usando Geometria Hexagonal
57
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Pode verificar-se o campo magnético passa a tomar valores entre 35% a 40% em relação aos valores
iniciais, isto para d=2m, para d=1.5m a redução é ainda maior.
Tendo em conta os mesmos valores usados para a linha simples de 60kV, então os 1.5m são a
distância mínima a que os condutores nus podem ser colocados uns dos outros em segurança. Se se
pretender uma redução mais elevada em relação aos valores do campo é possível considerar os
condutores revestidos, permitindo assim aproximá-los mais. No entanto, considerando que o objectivo é
reduzir o campo nos perfis habitacionais não será necessária a utilização de condutores revestidos uma
vez que os valores do campo obtidos para uma distância entre condutores d=1.5m são inferiores a 1µT.
5.3.1. Aproximação dos Condutores sem alteração da Geometria
Pensou-se que poderia ser possível obter valores razoáveis do campo magnético sem que a geometria
dos condutores fosse alterada para hexagonal. Assim, considera-se que todas as distâncias entre
condutores têm o mesmo valor. A linha mantém a configuração em esteira vertical, mas os condutores
são aproximados (na horizontal) entre si de modo a ficarem à mesma distância uns dos outros.
Novamente consideram-se, para a simulação, as distâncias de d=2m e d=1.5m.
d1
4m
d2
2m
d3
1m
d4
1m
Tabela 11 – Exemplo Aproximação dos Condutores para d=2m
Os resultados obtidos estão representados nas figuras seguintes sendo que é efectuada uma
comparação entre esta aproximação e a geometria hexagonal anteriormente realizada.
58
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Aproximação dos Condutores na horizontal
mantendo Esteira Vertical Dupla
Perfil 9
1.6
1.4
Valores Iniciais do Campo
1.2
B [µT]
1
Geometria Hexagonal d=2m
0.8
Aproximação dos
Condutores d=2m
0.6
0.4
Geometria Hexagonal
d=1.5m
0.2
0
I
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Aproximação dos
Condutores d=1.5m
Pontos do Perfil (m)
Figura 69 – Valores do Campo magnético para os pontos do Perfil 9 quando se efectua uma Aproximação dos Condutores na
Horizontal mantendo Esteira Vertical dupla
Aproximação dos Condutores na horizontal
mantendo Esteira Vertical Dupla
Perfil 4
8
7
Valores Iniciais do Campo
6
B [µT]
5
Geometria Hexagonal d=2m
4
Aproximação dos
Condutores d=2m
3
2
Geometria Hexagonal
d=1.5m
1
0
E
1
2
3
4
5
7
9
11
13
Aproximação dos
Condutores d=1.5m
Pontos do Perfil (m)
Figura 70 - Valores do Campo magnético para os pontos do Perfil 4 quando se efectua uma Aproximação dos Condutores na
Horizontal mantendo Esteira Vertical dupla
59
5 Estudo Linha Dupla 60 kV
__________________________________________________________________________________
Pode observar-se que transformando os condutores para uma geometria hexagonal, obtêm-se
sempre melhores resultados. O que significa que esta é a melhor solução em relação a outro tipo de
aproximação dos condutores.
5.4. Efeito Conjugado da Troca Sequência de Fases com a Aproximação dos
Condutores
Uma vez que a troca de sequência de fases é a medida que obtém melhores resultados, considerouse que seria interessante estudar, para a linha dupla, o efeito conjugado desta técnica com as outras já
aqui referidas de forma a determinar a solução óptima. Assim, compararam-se os resultados já obtidos
para esta medida de mitigação com o efeito conjugado de se ter uma troca de sequência de fases em
geometria hexagonal ou com uma aproximação dos condutores na horizontal mantendo a esteira vertical
dupla.
Aproximação dos Condutores na horizontal
mantendo Esteira Vertical Dupla e Geometria Hexagonal
(considerando Troca de Sequência de Fases)
Perfil 9
1.6
1.4
Valores Iniciais do Campo
B [µT]
1.2
1
Geometria Hexagonal d=2m
0.8
Aproximação dos
Condutores d=2m
0.6
0.4
Geometria Hexagonal
d=1.5m
0.2
0
I
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Aproximação dos
Condutores d=1.5m
Pontos do Perfil (m)
Figura 71 - Valores do Campo Magnético para o Perfil 9 com Aproximação dos Condutores na Horizontal e Geometria
Hexagonal considerando Troca de Sequência de Fases
60
6 Aplicação Medidas Descritas
__________________________________________________________________________________
Aproximação dos Condutores na horizontal
mantendo Esteira Vertical Dupla e Geometria Hexagonal
(considerando Troca de Sequência de Fases)
Perfil 4
7
6
Valores Iniciais do Campo
B [µT]
5
Geometria Hexagonal d=2m
4
3
Aproximação dos
Condutores d=2m
2
Geometria Hexagonal
d=1.5m
1
0
E
1
2
3
4
5
7
9
11
13
Aproximação dos
Condutores d=1.5m
Pontos do Perfil (m)
Figura 72 – Valores do Campo Magnético para o Perfil 4 com Aproximação dos Condutores na Horizontal e Geometria
Hexagonal considerando Troca de Sequência de Fases
Como seria de esperar, pelos resultados acima descritos, a solução óptima seria o efeito conjugado da
Troca de Sequência de Fases com a Geometria Hexagonal. Pode observar-se que o método dominante é,
em termos de mitigação do campo magnético, no entanto, o da troca de sequência de fases, e se não for
possível conjugar os dois esta será uma boa solução. É também, em princípio a medida de mais baixo
custo uma vez que à partida só é preciso trocar a disposição de duas das fases de um dos sistemas da
linha dupla, não sendo necessário nenhum tipo de alteração nos apoios em si.
6
Aplicação das Medidas Descritas
Na sequência do trabalho efectuado, teve-se em conta a praticabilidade das soluções aqui descritas.
Em relação ao deslocamento dos apoios e alteração da localização dos corredores de passagem da
linha, já foi referido que é uma solução dispendiosa e só deve ser aplicada se nenhuma das outras
soluções puder ser utilizada.
61
6 Aplicação Medidas Descritas
__________________________________________________________________________________
Quanto à alteração da geometria dos condutores nas linhas, quer seja em termos de aproximação dos
condutores de fase entre si ou em relação ao aumento da altura ao solo dos mesmos, têm de ser
consideradas alterações ao nível da estrutura dos apoios.
Figura 73 - Tipos de apoio dos condutores para postes em betão. (a) linha simples, (b) linha dupla: (1) travessa, (2) pontos de
apoio do tirante, (3) tirante, (4) apoios para os isoladores [LPOSTE04]
Na Figura 73 estão representados os tipos de apoio utilizados pela EDP para a tensão aqui
considerada de 60kV. Pode observar-se que no apoio usado para as travessas é necessária a utilização de
um tirante, uma estrutura metálica que permite que a travessa não deforme com os esforços mecânicos.
Esta peça é assente, tal como as travessas, na furação existente no poste sendo que as planificações do
mesmo são standard de acordo com as normativas existentes. Assim, é difícil modificar os furos em que
estas duas peças assentam e não é possível em termos de esforços mecânicos garantir a segurança do
apoio se estes forem modificados.
Ao considerar a aproximação dos apoios em que assentam as cadeias de isoladores o problema de as
aproximar demasiado do poste (e consequentemente aproximar os condutores) é que dessa forma não
se garante a distância dos mesmos ao poste em si, o que pode fazer com que por exemplo o vento faça
com que as fases toquem na estrutura de betão. Seria necessário um novo cálculo dos esforços
mecânicos aplicados para permitir que a geometria em que assentam os apoios fosse alterada.
62
7 Conclusões
__________________________________________________________________________________
7 Conclusões
Neste trabalho foi estudada a aplicação das várias técnicas de mitigação que podem ser aplicadas a
dois tipos de linha aérea de tensão de 60kV, linha simples e linha dupla.
Em relação à linha simples, os três tipos de solução estudados permitem afirmar que a melhor
solução a aplicar será a alteração da geometria dos condutores efectuando uma aproximação destes.
Esta é a medida que permite uma maior redução do campo magnético e portanto é a solução mais
eficaz.
A alteração da passagem dos corredores da linha é uma medida de difícil aplicação porque para além
de dispendiosa é uma técnica que tem de tomar em consideração questões jurídicas como a concessão
dos terrenos.
Também se pode considerar o aumento da altura dos condutores ao solo como uma medida de
possível aplicação, no entanto, e este problema também se aplica à aproximação dos condutores, não é
fácil alterar as travessas de forma a modificar os pontos de apoio dos mesmos. Isto implicaria uma
modificação na forma como as travessas são montadas nos postes de betão.
No caso da linha dupla verificou-se que a melhor solução a aplicar é mesmo a troca de sequência
entre fases, e que mesmo conjugada com outros métodos de mitigação, esta é a técnica dominante em
termos de redução do campo.
Em termos de modificação da geometria os problemas em relação às travessas nos apoios são os
mesmos que os referidos para a linha simples.
Pode-se, com base nos pressupostos acima descritos, afirmar que a melhor solução, é de facto a
utilização de linhas duplas na Rede de Distribuição. Esta forma de transporte da energia permite que dois
circuitos independentes utilizem os mesmos postes, o que é bastante eficaz em termos de custos, e,
efectuando uma troca de sequência entre fases, é possível reduzir os valores do campo magnético de
acordo com as recomendações legisladas para locais em que exista exposição prolongada aos campos
magnéticos.
Como trabalho futuro pode ser interessante o estudo de mitigação do campo magnético noutros
equipamentos de energia eléctrica como Cabos, Postos de Transformação e Linhas de Baixa Tensão.
63
8 Referências Bibliográficas
*BFARIA08+ J. A. Brandão Faria, “Electromagnetic Foundations of Electrical Engineering”, John Wiley &
Sons, Ltd, 2008
*BFEA07+ B. Faria, M. E. Almeida, “Accurate Calculation of Magnetic-Field Intensity due to Overhead
Power Lines with or without Mitigation Loops with or without Capacitor Compensation”, IEEE
Transactions on Power Delivery, April 2007
[CIGRE09] Working Group C4.204, Ener Salinas et al, “Mitigation Techniques of Power-Frequency
Magnetic Fields originated from Electric Power Systems”, CIGRE (International Council on Large Electric
Systems) Publications, 2009
*DECR92+ “Regulamento de Segurança de Linhas Eléctricas de Alta Tensão”, Decreto Regulamentar
nº 1/92, de 18 de Fevereiro, Lisboa, 1992
[EFC-400] Narda Safety Test Solutions, “EFC-400LF Low Frequency Simulation Software”. Informações
sobre
o
Software
em
http://www.narda-sts.de/products/low-frequency/simulation-software/efc-
400.html (site Set.2010)
[ICNIRP98] International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), “Guidelines for
Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz)”,
Health Physics Society, 1998
[KELFKENS02] G. KELFKENS et al, “Costs and Benefits of the Reduction of Magnetic Fields due to
Overhead Power Lines”, 2002
[LDUPLA09+ Relatório EDP, “Medição de Campos Eléctrico e Magnético, Linha Aérea Dupla de 60kV,
L6124/L6125 Trajouce - Zambujal, Apoios 51/52/53”, labelec, EDP, 2009
64
*LPOSTE04+ EDP Distribuição, “Material para linhas aéreas, Armações de Aço para postes de Betão AT
- Características e Ensaios”, DMA-C67-605/N, Direcção de Normalização e Tecnologia (DNT), EDP
Distribuição, Set. 2004. Conforme Documentos Normativos no site da EDP Distribuição para profissionais
http://www.edpdistribuicao.pt/pt/profissionais/Pages/DocumentosNormativos.aspx (site Set.2010)
*LSIMPLES09+ Relatório EDP, “Medição de Campos Eléctrico e Magnético, Linha Aérea Simples de
60kV, L6112 Trajouce - Figueirinha, Apoio 28”, labelec, EDP, 2009
[NSEQ09] N. Sequeira, “Projecto de Linha Aérea de Alta Tensão conforme a norma EN50341-1”,
relatório de projecto, versão provisória, FEUP, 2009
[OMS07+ World Health Organization, “Extremely Low Frequency Fields, Environmental Health Criteria;
238”, Geneva, Switzerland, 2007
[PINTOSA08] J. L. C. Pinto de Sá, “Campos Electromagnéticos de Extremamente Baixa Frequência,
Saúde Pública e Linhas de Alta Tensão”, Lisboa, Fev. 2008
[RCONTI03] R. Conti et al, “Technical Solutions to Reduce 50 Hz Magnetic Fields from Power Lines”,
IEEE Bologna Power Tech, Bologna, Italia, 2003
65
Anexos
Anexo 1: Exemplos de menus de configuração do software utilizado
Figura 74 – Exemplo de menu no software EFC-400 que permite a configuração do sistema da linha [EFC-400]
66
Figura 75 – Exemplo de menu no software EFC-400 que permite a configuração dos apoios [EFC-400]
Figura 76 – Exemplo de menu no software EFC-400 que permite o ajuste da catenária [EFC-400]
67
Anexo 2: Linha Simples 60kV
Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas do solo nos perfis habitacionais.
Neste caso os valores apresentados são para uma corrente I=99A, no entanto considera-se que o
campo para as simulações consideradas (ou seja I=385A) varia, aproximadamente, de forma
directamente proporcional à variação da corrente.
Não se consideram os campos acima dos 10.5m ou dos 4.5m porque estas são as alturas em que uma
pessoa pode circular tanto no último piso dos prédios aqui considerados como das moradias.
Comparação entre as várias alturas
Perfil 6
1.200
1.000
B (µT)
0.800
Face do Prédio h=1m
0.600
Face do Prédio h=10m
0.400
Face do Prédio h=10.5m
Topo do Prédio h=14m
0.200
0.000
J 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Ponto (m)
Figura 77 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 6, Linha Simples
68
Comparação entre as várias alturas
Perfil 7
0.300
0.250
B (µT)
0.200
Face do Prédio h=1m
0.150
Face do Prédio h=10m
0.100
Face do Prédio h=10.5m
Topo do Prédio h=14m
0.050
0.000
J
2
4
6
8
10
12
K
Ponto (m)
Figura 78 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 7, Linha Simples
Comparação entre as várias alturas
Perfil 8
1.000
0.900
0.800
B (µT)
0.700
0.600
Face do Prédio h=1m
0.500
0.400
Face do Prédio h=10m
0.300
Face do Prédio h=10.5m
0.200
Topo do Prédio h=14m
0.100
0.000
K 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54
Ponto (m)
Figura 79 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 8, Linha Simples
69
Comparação entre as várias alturas
Perfil 9
0.35
0.3
B (µT)
0.25
0.2
Face da Moradia h=1m
0.15
Face da Moradia h=4m
Face da Moradia h=4.5m
0.1
Topo da Moradia h=7m
0.05
0
L
3
6
9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Ponto (m)
Figura 80 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 9, Linha Simples
Comparação entre as várias alturas
Perfil 10
0.3
0.25
B (µT)
0.2
Face da Moradia h=1m
0.15
Face da Moradia h=4m
0.1
Face da Moradia h=4.5m
Topo da Moradia h=7m
0.05
0
L
2
4
6
8
M
Ponto (m)
Figura 81 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 10, Linha Simples
70
Comparação entre as várias alturas
Perfil 11
0.6
0.5
B (µT)
0.4
Face da Moradia h=1m
0.3
Face da Moradia h=4m
0.2
Face da Moradia h=4.5m
Topo da Moradia h=7m
0.1
0
M
3
6
9
12 15 18 21 24 27 30 33 36
Ponto (m)
Figura 82 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 11, Linha Simples
71
Anexo 3: Linha Dupla 60kV
Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas do solo nos perfis habitacionais.
Comparação entre as várias alturas Perfil 5
0.7
0.6
B (µT)
0.5
0.4
Face do Prédio h=1m
Face do Prédio h=10m
0.3
Face do Prédio h=19.5m
0.2
Topo do Prédio h=24.5m
0.1
0
G
4
8
Pontos do Perfil (m)
Figura 83 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 5, Linha Dupla
72
Comparação entre as várias alturas
Perfil 6
0.7
0.6
B (µT)
0.5
0.4
Face do Prédio h=1m
0.3
Face do Prédio h=10m
Face do Prédio h=19.5m
0.2
Topo do Prédio h=24.5m
0.1
0
G
4
8
12
16
20
24
28
Pontos do Perfil (m)
Figura 84 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 6, Linha Dupla
Comparação entre as várias alturas
Perfil 7
0.8
0.7
0.6
B (µT)
0.5
Face do Prédio h=1m
0.4
Face do Prédio h=10m
0.3
Face do Prédio h=19.5m
0.2
Topo do Prédio h=24.5m
0.1
0
H
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
Pontos do Perfil (m)
Figura 85 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 7, Linha Dupla
73
Comparação entre as várias alturas
Perfil 8
0.7
0.6
B (µT)
0.5
0.4
Face do Prédio h=1m
0.3
Face do Prédio h=10m
Face do Prédio h=19.5m
0.2
Topo do Prédio h=24.5m
0.1
0
H
4
8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Pontos do Perfil (m)
Figura 86 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 8, Linha Dupla
Comparação entre as várias alturas
Perfil 9
1.6
1.4
1.2
B (µT)
1
Face do Prédio h=1m
0.8
Face do Prédio h=10m
0.6
Face do Prédio h=19.5m
0.4
Topo do Prédio h=24.5m
0.2
0
I
4
8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Pontos do Perfil (m)
Figura 87 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 9, Linha Dupla
74
Comparação para as várias alturas
Perfil 10
1.6
1.4
1.2
B (µT)
1
Face do Prédio h=1m
0.8
Face do Prédio h=10m
0.6
Face do Prédio h=19.5m
0.4
Topo do Prédio h=24.5m
0.2
0
I
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
Pontos do Perfil (m)
Figura 88 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 10, Linha Dupla
Comparação entre as várias alturas
Perfil 11
0.8
0.7
0.6
B (µT)
0.5
Face do Prédio h=1m
0.4
Face do Prédio h=10m
0.3
Face do Prédio h=19.5m
0.2
Topo do Prédio h=24.5m
0.1
0
J
4
8
Pontos do Perfil (m)
Figura 89 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 11, Linha Dupla
75
Comparação entre as várias alturas
Perfil 12
0.8
0.7
0.6
B (µT)
0.5
Face do Prédio h=1m
0.4
Face do Prédio h=10m
0.3
Face do Prédio h=19.5m
0.2
Topo do Prédio h=24.5m
0.1
0
J
4
8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Pontos do Perfil (m)
Figura 90 - Comparação dos valores do campo magnético para várias alturas, Perfil 12, Linha Dupla
76