Ruídos de modo comum, ruídos de modo diferencial e correntes em meio equipotencial
Todas as usinas e subestações modernas, que usam relés digitais, usam cabos com blindagens próprias, a maioria deles bi-aterrada nas extremidades.
Esses cabos são conduzidos no interior de eletrodutos, bandejas e eletrocalhas multi-aterradas. Isso faz parte do conceito mais moderno de controle de interferências eletromagnéticas.
O bi-aterramento de uma blindagem nas extremidades reduz bastante o ruído de modo comum que é aplicado nos pares dos condutores dos cabos de controle e proteção, produzido por curto-circuitos, correntes de desequilíbrio e harmônicos de baixa ordem.
Para controlar os ruídos de modo comum causados por perturbações aperiódicas (raios, manobras, chaveamentos, operações de disjuntores, faíscamentos etc) é recomendavel aterrar as blindagens a cada 5 m.m. Como não se pode abrir a blindagem de um cabo a cada 5 metros, transporta-se os cabos dentro de bandejas, eletrotocalhas ou eletrodutos, aterrados a cada 5 metros.
Os ruidos de modo comum correspondem a uma d.d.p entre a terra do painel e os terminais dos dispositivos eletrônicos e podem causar a queima dos mesmos.
O bi-aterramento ou multi-aterramento, tem a vantagem de reduzir o ruído de modo comum, mas infelizmente aumenta os ruídos de modo diferencial, pois permite a circulação de correntes capacitivas expúrias entre os condutores do par.
O ruído de modo diferencial não queima dispositivos, mas distorce as informações transmitidas pelo par, principalmente se o cabo for longo e a informação for analógica.
Nesse caso, utiliza-se um cabo especial, com cada par dotado de uma blindagem própria que é aterrada só de um lado (blindagem eletrostática). O conjunto de pares blindados é envolto por uma blindagem geral bi-aterrada nas extremidades. O cabo é ainda conduzido no interior de bandejas e eletrocalhas metálicas, aterradas a cada 5 metros.
O bi-aterramento, ou multi-aterramento das blindagens na malha das subestações e usinas faz com que as blindagens sejam percorridas por uma corrente. Essa corrente provoca uma queda de tensão que equilibra as tensões induzidas.
Tem-se assim uma corrente que circula em meio equipotencial.
A
circulação de corrente em meio equipotencial acontece em diversos outros locais:
- Nos cabos para-raios de aço, a corrente em meio equipotencial (corrente auto-neutralizada?, conforme SOBRAL, S.?; MUKHEDKAR, D. In. IEEE, SNPTEE) corresponde a cerca de 10% da corrente de sequência zero nas fases [mas o efeito de compensação da corrente de falta é bastante inferior aos 10% da corrente de sequência zero nas fases - conforme informação oral, MIRANDA, 2008];
- Para linhas de transmissão, com para-raios duplos de alumínio com alma de aço, esse valor passa a ser em torno de 65% da corrente de sequência zero nas fases;
- Para as blindagens modernas dos cabos de potência, esse valor sobe para 99,5% das correntes nas fases.
t) Analisamos no restante deste documento, os riscos mais evidentes e a falta de praticidade do uso das
equações de Maxwell quando aplicadas em circuitos metálicos:
- A subdivisão de um circuito complexo em trechos com impedâncias próprias e mútuas específicas, que levam em conta as condições locais de cada trecho, é muito difícil de ser realizada quando se utiliza equações de Maxwell. Quase sempre tem que ser feitas hipóteses simplificadoras, na dependência da vontade de cada usuário. Perde-se assim a univocidade que é conseguida quando se usa teoria de circuitos.
- Os cálculos são feitos utilizando campos elétricos e magnéticos ao invés de correntes e tensões, que são as grandezas de real interesse na Indústria Elétrica.
- As diferenças de potencial são determinadas por meio de trabalhosas integrações vetoriais de campos ao longo de trajetórias arbitradas pelo usuário. Pode ocorrer, por esse motivo, uma grande variação de resultados de um mesmo problema, calculados por pessoas diferentes.
- Na realidade, um condutor bi-aterrado, ou multi-aterrado, submetido a uma tensão induzida externa, é percorrido por uma corrente que cria uma queda de tensão que equilibra a tensão induzida.
Temos assim o clássico caso da circulação de corrente em meio equipotencial, que é mais regra que exceção na Industria Elétrica. Esse fenômeno pode ser facilmente medido no laboratório ou no campo.
O fenômeno mencionado ocorre, por exemplo, nos cabos pára-raios das LT`s, nos condutores de blindagem dos cabos de potência, nos eletrodutos e tubos de blindagem bi-aterrados ou multi-aterrados e na corrente que retorna pelo solo, diretamente sob uma linha de transmissão.
Os campos elétricos são associados a diferenças de potencial e os campos magnéticos são associados a correntes. Pode-se concluir, portanto, que as equações de Maxwell não são a maneira mais indicada de se representar a circulação de corrente em meio equipotencial, tão comum na Indústria Elétrica.
- Por esse motivo, ficam sob suspeição os cálculos e programas digitais que usam equações de Maxwell para representar pára-raios de linhas de transmissão, blindagens de cabos de potência, eletrodutos e tubos de blindagem e os sistemas de aterramento de modo geral.
- Entretanto, a comparação de um caso calculado com um caso medido em laboratório ou no campo, poderá comprovar a validade do programa digital ou do cálculo, contornando uma deficiência natural das equações de Maxwell para representar a circulação da corrente em meio equipotencial e conseguindo resultados próximos dos valores reais.
- Foi justamente a falta de comparação freqüente entre resultados calculados e medidos que permitiu que o uso inadequado das equações de Maxwell para circuitos metálicos perdurasse por 75 anos. Os professores aprenderam com seus professores e passam para seus alunos, sem uma analise mais profunda dos fundamentos.
Palavras-chave:
tensão induzida,
medições,
linhas de transmissão,
interferências eletromagnéticas
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GregorioIvanoff - 21 Aug 2012
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