Aterramento de blindagens de cabos de energia

A demanda por linhas de transmissão subterrâneas, em média e alta tensão, tem crescido de forma significativa, especialmente nos centros urbanos e em condomínios, em virtude do impacto visual das redes aéreas ou pela indisponibilidade de faixas de passagem para uma linha aérea. Outro segmento onde se verifica uma grande demanda por redes de energia subterrâneas em média tensão são as plantas de energias renováveis, parques eólicos e usinas fotovoltaicas, no segundo caso para evitar o sombreamento dos painéis. São basicamente três as formas de aterramento de blindagens de cabos isolados: solid bonding, single bonding e cross-bonding. 

O Solid Bonding, onde as blindagens são aterradas nas duas extremidades do cabo, é o tipo de aterramento mais simples e de menor custo de implantação e de manutenção, principalmente com relação aos acessórios (Figura 1). A grande desvantagem desta configuração de aterramento é a corrente que será induzida nas blindagens, cuja circulação resultará em aquecimento dos condutores, e por consequência em perdas, o que implica na redução da capacidade do condutor de transportar energia, devido ao balanço térmico que passa a ser comprometido pelas perdas por efeito Joule na blindagem. Outra desvantagem é que no caso de ocorrência de uma falta para a terra na extremidade do circuito, praticamente toda a corrente de falta para a terra irá retornar pela blindagem, da fase em condição de falta, em virtude do forte acoplamento condutor central – blindagem. Neste caso, a blindagem deve ser dimensionada para suportar esta corrente de falta, considerando o seu tempo de eliminação. 

Esse tipo de aterramento de blindagens de cabos isolados é mais indicado para circuitos curtos com baixas correntes e com limitação da corrente de falta para a terra (com a média tensão aterrada por resistência/impedância no neutro do transformador). No aterramento tipo Single Bonding aterra-se apenas uma das extremidades da blindagem, sendo o custo de implantação e de manutenção desta solução maior do que no caso do aterramento anterior, pois pode ser necessário um para-raios para proteger a extremidade isolada da blindagem, para a proteção contra sobretensões transitórias (Figura 2).

 Este para-raios deve ser dimensionado para suportar as eventuais sobretensões de regime permanente. Este tipo de aterramento tem a grande vantagem de não permitir a circulação de corrente nas blindagens em condição de operação em regime permanente, evitando o comprometimento da capacidade de transporte de energia dos condutores. Porém, em condição de falta para a terra pode ocorrer a indução de uma sobretensão de regime permanente significativa na extremidade isolada da blindagem da fase em condição de falta. Por este motivo, esta configuração de aterramento é indicada apenas para circuitos curtos. O terceiro tipo de aterramento de blindagem é o cross-bonding, mais caro e complexo do que os anteriores, geralmente utilizado em sistemas de alta tensão com linhas de grande extensão (Figura 3). 

Neste caso, além da transposição das blindagens, pode-se fazer também a transposição das fases, de forma similar ao que é feito em linhas de transmissões aéreas longas. A transposição das fases ajuda a balancear as tensões nas blindagens e nas fases, porém nem sempre é aplicada, em função da dificuldade de fazer esta transposição com cabos longos e pesados. No caso das linhas subterrâneas, as transposições são feitas nas caixas de emenda subterrâneas, onde também podem ser instalados para-raios para as blindagens. Este tipo de arranjo, em virtude da sua complexidade e do alto custo de implantação e manutenção, geralmente só é viável em linhas subterrâneas longas e de alta tensão. Na segunda parte do artigo apresentaremos algumas aplicações dos dois primeiros tipos de aterramento de blindagens de cabos de energia em parques eólicos e usinas fotovoltaicas. 

Autor:

Por Paulo Edmundo da F. Freire, engenheiro eletricista, mestre em Sistemas de Potência pela PUC-RJ e doutor em Geociências pela Unicamp. É sócio fundador da empresa Paiol Engenharia e atua há mais de 40 anos em projetos de sistemas de aterramento e de proteção contra descargas atmosféricas. Wagner Costa é engenheiro eletricista pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e possui MBA em engenharia de produção. É mestre e doutorando em engenharia elétrica pela Unicamp