Modelagem do solo para sistemas de aterramento – a determinação da profundidade do modelo geoelétrico

Publiquei recentemente (junho de 2022) na edição 25 da revista Cigre Science&Engineering (publicada pelo Cigre, em Paris/França) o artigo “Ground modeling for the design of electrical grounding systems – The determination of the geoelectric model depth”. Apresento aqui o resumo e as conclusões deste artigo, que demonstram a necessidade de modelos de solo profundos para o projeto de sistemas de aterramento de grandes dimensões, como os caracterizados por usinas fotovoltaicas e parques eólicos.

O problema aqui proposto é a determinação da profundidade necessária do modelo geoelétrico a ser utilizado no projeto do sistema de aterramento de plantas de geração de energia renovável, com quilômetros de extensão, que deve ser compatível com a área e a geologia local. Plantas situadas em regiões de baixa resistividade, como bacias sedimentares, requerem modelos geoelétricos mais rasos, enquanto aquelas localizadas em áreas cratônicas, que apresentam alta resistividade, requerem modelos geoelétricos mais profundos.

Com base no conhecimento da estrutura geológica local, a profundidade do modelo geoelétrico pode ser estimada e as campanhas de sondagem geoelétrica podem ser planejadas, o que pode incluir uma combinação de sondagens elétricas verticais rasas (SEV, com arranjos e Wenner ou de Schlumberger) com sondagens audiomagnetotelúricas (AMT) e/ou levantamentos eletromagnéticos no domínio do tempo (TDEM).

Neste artigo foi elaborado um estudo paramétrico que avalia a profundidade do modelo geoelétrico necessário para o projeto de um parque eólico e para dois tamanhos de UFV. Este artigo interdisciplinar aplica conhecimentos de geofísica para a solução de um problema de engenharia elétrica.

A primeira constatação do conjunto de simulações realizado é que, considerando o sistema de aterramento integrado, seja de uma UFV ou de um parque eólico, não há motivos para preocupações quanto à resistência de aterramento, pois essas plantas de grande extensão sempre apresentarão uma resistência de aterramento baixa, abaixo do clássico valor de referência de 10 Ω.

Para o projeto de eletrodos de aterramento HVDC, é necessário um modelo geoelétrico profundo, que pode atingir toda a crosta superior (cerca de 20 km de profundidade). Para o sistema de aterramento de uma instalação em corrente alternada, não importa o tamanho da área, um modelo geoelétrico de 2 km de profundidade será suficiente, mesmo em um meio geológico de alta resistividade.

Para uma única torre de aerogerador de um parque eólico, o levantamento tradicional de eletrorresistividade com arranjo de Wenner e espaçamento de até 64 m é suficiente para a construção de um modelo geoelétrico adequado. No entanto, para as plantas de geração renovável aqui analisadas, a construção de um modelo geoelétrico requer a combinação de sondagens elétricas verticais rasas (SEV) com sondagens eletromagnéticas mais profundas, como o audiomagnetotelúricos (AMT) e/ou no domínio do tempo (TDEM – Time Domain Electromagnetic).

A norma ABNT NBR 7117/2020 inclui os levantamentos eletromagnéticos como um dos recursos de mapeamento da resistividade das camadas mais profundas do solo, considerando sua aplicação para sistemas de aterramento de grande área. A metodologia para a construção de um modelo geoelétrico profundo, combinando dados elétricos e eletromagnéticos, foi inicialmente estabelecida para o projeto de eletrodos de aterramento HVDC, porém, já foi aplicada aqui no Brasil para a modelagem geoelétrica de diversas instalações de energia (dois parques eólicos, três UFV e uma SE).
O estudo paramétrico realizado adotou um modelo geoelétrico 1D de três camadas. No entanto, para um projeto de sistema de aterramento de grande área, usualmente será necessário um modelo com mais camadas, de modo a permitir uma boa representação das camadas superficiais, responsáveis pelos gradientes de potencial da superfície do solo, e das camadas mais profundas, importantes para a determinação da resistência de aterramento da planta. A resistência de aterramento é um importante parâmetro para o cálculo do split-factor, que determina a distribuição da corrente de falta para a terra na SE coletora pelos caminhos disponíveis (cabos para-raios da LT, malha da SE e malha da UFV ou torres de aerogeradores).

Autor:

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