Aterramento e proteção contra raios em parques eólicos – Parte 1

O sistema de aterramento de um parque eólico pode ser do tipo independente, constituído pelo aterramento da torre interligado às armaduras das suas fundações ou integrado em um amplo sistema que abrange todo o complexo eólico, quando os aterramentos das torres são interligados entre si, seja pelos cabos para-raios das linhas de média-tensão, seja por condutores diretamente enterrados no solo.

O sistema de aterramento de um parque eólico, idealmente, é constituído pela interligação dos aterramentos das torres de aerogeradores, das linhas de 34,5 kV, da subestação coletora e da linha de transmissão a ela conectada. Este sistema de aterramento tem por objetivo:

1. – Prover a instalação de um meio de escoamento de correntes elétricas para o solo, quando da ocorrência de faltas para a terra na rede de energia ou de descargas atmosféricas;
2. – Estabelecer um referencial de baixa impedância para a terra, tendo em vista a operação da rede elétrica, de equipamentos eletrônicos e de dispositivos de proteção, além da descarga de cargas eletrostáticas;
3. – Garantir a segurança humana quando da ocorrência de faltas para a terra ou de falhas de isolamento na rede de energia.
   

Aterramento das torres

Dois parâmetros básicos caracterizam a resposta do aterramento de uma torre de aerogerador:

4. – Impedância impulsiva – resposta do aterramento frente à onda de um impulso de corrente, tal como o caracterizado por uma descarga atmosférica, sendo determinada pela relação entre os valores de pico da tensão e da corrente injetada na base da torre; e
5. – Impedância em baixa frequência – resposta do aterramento da torre para baixas frequências (caso de uma falta para a terra na rede de média ou alta tensão), que também pode ser vista como a resistência que a cauda do impulso enxerga, após o transitório associado à frente de onda do raio.

Desempenho à frequência de 60 Hz

Os fornecedores de aerogeradores costumam recomendar uma resistência de aterramento inferior a 10 Ω nas bases das torres. Os sistemas de aterramento independentes podem ser utilizados quando a resistividade do solo é baixa o suficiente para que se obtenha uma resistência abaixo de 10 Ω apenas com o aterramento da base da torre. Esta é uma condição muito rara, o normal são os solos de elevada resistividade que dificultam a obtenção de um baixo valor de resistência de aterramento.

Como a maioria dos parques eólicos é construída em locais de solo de alta resistividade, acaba sendo necessária a interligação dos aterramentos das diversas torres do parque para a obtenção deste valor máximo de resistência de aterramento. Esta interligação não contribui apenas para a redução da impedância de aterramento da torre, mas agrega o importante benefício de melhorar o desempenho da linha de MT frente a descargas atmosféricas diretas nas torres dos aerogeradores. Neste último caso e, especialmente, se a interligação for feita por meio do cabo para-raios da linha de MT, este condutor, além de promover a interligação do aterramento da torre com as torres vizinhas, atua também como elemento de blindagem contra sobretensões induzidas nos condutores da RMT por descargas indiretas.

Entretanto, a topologia de aterramentos concentrados nas bases das torres interligados por condutores longos (enterrados ou aéreos), não garante a equipotencialização deste sistema devido à sua extensão, da ordem de quilômetros, mesmo em baixas frequências. Por este motivo, as avaliações de desempenho deste sistema de aterramento exigem a sua simulação por meio de software adequado, que leve em conta as quedas de tensão ao longo dos condutores de interligação dos aterramentos das torres, ou seja, um software com recursos de simulação no domínio da frequência, para os casos de faltas para a terra, e no domínio do tempo para descargas atmosféricas.

A ocorrência de tensões de passo ou de toque perigosas nas bases de torres de aerogeradores não é comum por dois motivos:

6. – As armaduras de aço das fundações da torre constituem um aterramento com reticulado da ordem de centímetros, que promove a equipotencialização da superfície do solo no entorno da sua base; e
7. – Frequentemente, as RMT têm a corrente de falta para a terra limitada por um resistor de aterramento no transformador elevador situado na subestação coletora.

Nos parques eólicos mais antigos, em que o transformador elevador está situado em um cubículo externo à torre, há que se avaliar o risco da ocorrência de tensões de toque perigosas no cubículo.

Na próxima edição, falaremos sobre desempenho frente às descargas atmosféricas.

Autores:

Por Paulo Edmundo da Fonseca Freire, engenheiro eletricista e Mestre em Sistemas de Potência (PUCRJ). Doutor em Geociências (UNICAMP) e membro do CIGRE e do COBEI, também atua como diretor da Paiol Engenharia.

Por Wagner Costa, engenheiro eletricista com especialização em Gestão da Manutenção pela UFPE e mestrando em Engenharia Elétrica pela Unicamp. Possui mais de 10 anos de experiência no setor elétrico com projetos e estudos sobre aterramentos elétricos, interferências eletromagnéticas, entre outros temas.