Resistência de aterramento da base de uma torre de aerogerador inferior a 10 Ω é garantia de aterramento eficiente?

É frequente a exigência da resistência máxima de aterramento de torres de aerogeradores de 10 Ω, o que nem sempre é possível, tomando uma base individualmente. Vamos examinar nesta matéria se esta recomendação é realmente necessária.

A recém-publicada (06/2024) norma ABNT NBR 17176-1 – Sistema de aterramento de plantas de geração de energia renovável – Parte 1: Parques eólicos, assim como as normas internacionais IEEE – 2760/2020 e IEC 61400-24/2019, não fazem nenhuma exigência sobre um valor máximo de resistência de aterramento.

Os aterramentos das torres de aerogeradores devem ser interligados entre si por meio dos cabos para-raios das linhas de média tensão (RMT, geralmente em 34,5 kV) ou, como é feito em alguns casos, em grupos de torres próximas (clusters). A Figura 1 apresenta a interligação via cabo para-raios da RMT.

Em baixas frequências, como ocorre em uma falta para a terra no cubículo de média tensão de um aerogerador, uma resistência de aterramento abaixo de 10 Ω não garante que as tensões de toque e passo estarão controladas, assim como não garante que as sobretensões associadas a uma descarga atmosférica na pá do aerogerador não vão comprometer a integridade de nenhum dos seus componentes. 

A Figura 2 apresenta o esquema de uma base de uma torre de aerogerador, com o respectivo aterramento. O valor de resistência de aterramento vai variar com a resistividade do solo do local – por exemplo, em um solo uniforme de 1.000 Ω.m a resistência será de 18,3 Ω, porém, se a resistividade do solo duplicar (2.000 Ω.m), a resistência de aterramento também duplica para 36,6 Ω. No caso de interligação entre os de aterramento de quatro torres com um solo uniforme de 1.000 Ω.m, como apresentado na Figura 3, a resistência individual de cada torre será de 18,3 Ω, porém, a impedância de aterramento do sistema de aterramento interligado será de apenas 2,9 Ω.

Cabe observar que as descargas atmosféricas não enxergam uma resistência de aterramento, e sim a impedância impulsiva, dada pela relação entre os valores de pico de tensão e corrente na base da torre. Esta impedância é afetada não somente pelos parâmetros e geometria dos condutores do sistema de aterramento, mas também pela necessária correção dos parâmetros do solo com a frequência.

Na Figura 4 são apresentados os GPR (do inglês Ground Potencial Rise) nas quatro bases das torres dos aerogeradores, onde se observa que há uma distribuição das parcelas da corrente da descarga entre os aterramentos dos aerogeradores, que resulta na redução do valor de pico da tensão na base das torres. Nos casos em que se considera a dependência dos parâmetros do solo com a frequência, verifica-se uma redução do GPR (linhas tracejadas, na Figura 4). Os estudos de coordenação de isolamento tipicamente realizados, não levam em consideração esta correção, resultando, consequentemente, em uma análise mais conservativa.

Sobre os autores:

* Paulo Edmundo Freire da Fonseca é engenheiro eletricista e Mestre em Sistemas de Potência (PUC-RJ). Doutor em Geociências (Unicamp), membro do Cigre e do Cobei e também atua como diretor na Paiol Engenharia.

* *Wagner Costa é engenheiro eletricista, com especialização em Gestão da Manutenção pela UFPE e mestrando em Engenharia Elétrica pela Unicamp.