Cálculo de distribuição de campo elétrico em subestação de alta tensão

Abstract

Este projeto apresenta o cálculo da distribuição do campo elétrico em subestação de alta tensão de forma simplificada e eficaz. São expostas as motivações para a realização deste trabalho com relação ao impacto dos campos elétricos nos seres humanos e os seus efeitos biológicos, com relação ao limite de exposição a estes campos definidos na legislação vigente e com relação a sua influência nos projetos de subestações. Para o embasamento teórico do cálculo do campo elétrico são apresentados os conceitos físicos necessários como a lei de Coulomb, o princípio da superposição, as equações de Maxwell e a lei de Gauss. Com base nas pesquisas realizadas foi definida a escolha do Método das Cargas Equivalentes (MCE) para o cálculo do campo elétrico. A partir do método escolhido foi elaborado um algoritmo para o cálculo de forma a simplificar e facilitar a sua execução e elaboração de diferentes modelagens. O algoritmo foi validado pela aplicação em duas instalações com resultados conhecidos. Foram realizados os cálculos do campo elétrico para duas subestações de alta tensão, utilizadas diferentes modelagens e comparados os resultados com dados reais de medições realizadas nos locais. Por fim estão apresentadas as comparações entre os valores dos cálculos e os valores medidos e suas demais considerações. Nas conclusões destaca-se que este método pode melhorar o atendimento aos níveis máximos de campo elétrico e o processo de elaboração ou adequação dos projetos de subestações.

This project presents the calculation of the electric field distribution in a high voltage substation in a simplified and efficient way. The impact of electric fields on humans and their biological effects, the limit of exposure to these fields defined in current legislation and their influence on substation projects will be addressed in the motivations to carry out this work. The necessary physical concepts such as Coulomb's law, the superposition principle, Maxwell's equations and Gauss's law are presented for the theoretical basis of the calculation of the electric field. Based on the researches, the Equivalent Loads Method (MCE) was chosen for the calculation of the electric field. From the chosen method is presented the algorithm elaborated for the calculation in order to simplify and facilitate its execution and elaboration of different models. The algorithm is validated based on two known examples of results from two different references. The electric field calculations are performed for two high voltage substations and the results are compared with actual measurements data at the sites. Finally, the results obtained regarding the approximation of the calculations to the measured values are presented and what this method can improve in the process of attending to the maximum levels of the electric field and in the process of elaboration or adaptation of the substation projects.