Malhas de Terra: Subestações de Potência e Aerogeradores (parte 2)

Malhas de Terra: Subestações de Potência e Aerogeradores
02/05/2021
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Malhas de Terra: Subestações de Potência e Aerogeradores (parte 2)

Como publicamos, este é o segundo texto de uma jornada de três artigos especiais sobre Malhas de Terra – Subestações de Potência e Aerogeradores, para você acompanhar aqui no blog.

2 – Malha de Terra


2.3 – Dimensionamento da Seção do Cabo da Malha de Terra

A seção mínima do condutor da malha de terra deve ser determinada em função da corrente de curto-circuito fase e terra, valor máximo, e do seu tempo de duração, para cada tipo de junção dos condutores da malha.

Como as subestações podem ser atingidas por descargas atmosféricas, normalmente é projetado um sistema com cabos guarda que recebe o impacto direto da descarga, cuja corrente de alta frequência é conduzida para a malha de terra que deve ter capacidade de escoar para a terra tanto as correntes decorrentes dos defeitos monopolares de baixa frequência (60 Hz), quanto as elevadas correntes de descarga de alta frequência que variam entre 5 e 10 kHz, para relâmpagos no solo (fonte: ELAD).

A determinação da seção do cabo de cobre nu por meio da capacidade térmica, empregando a corrente de curto-circuito monopolar, simétrica, valor eficaz, é dada pela seguinte equação (IEEE-2015), desconsideradas as amortizações das correntes ao longo do tempo de defeito.

2.4 – Correntes Impulsivas na Malha de Terra

A malha de terra reage diferentemente às descargas atmosféricas (altas frequências) e às correntes de curto-circuito monopolares (baixas frequências).

As subestações de potência são frequentemente impactadas por descargas atmosféricas que atingem os cabos guarda, normalmente instalados na parte superior da estrutura, e que são conectados diretamente à malha de terra, normalmente projetada para conduzir à terra as correntes de defeitos monopolares.

Quando uma corrente impulsiva, decorrente de uma descarga atmosférica, flui do cabo guarda para uma malha de terra de uma subestação, a impedância impulsiva, Zimp , é determinada pela relação entre a tensão de pico, Vp , e a corrente de pico, Ip , ou seja,
Zimp = Vp / Ip , injetadas num determinado ponto da malha de terra. Os principais fatores que influenciam a impedância impulsiva são:

  • [1] resistividade do solo;
  • [2] a forma de onda da corrente e o seu valor;
  • [3] a forma geométrica dos condutores: redondos convencionais ou fitas metálicas;
  • [4] ionização do solo que resulta uma forte redução da impedância de terra em decorrência do aumento virtual do condutor, podendo ocorrer, como efeito negativo, a vitrificação do solo aderente ao eletrodo de terra.

Dependendo do ponto de injeção da corrente impulsiva na malha de terra, somente uma fração dessa malha conduzirá a corrente de descargas. Dada essa característica, surge o conceito de área efetiva de uma malha de terra.

Quando um condutor redondo é percorrido por uma corrente de alta frequência, a sua área de condução efetiva é limitada, pois o fluxo da elevada corrente de descargas percorre preferencialmente, a seção periférica do cabo, o que favorece a aplicação das fitas metálicas nas malhas de terra.

No entanto, as fitas de cobre, de mesma seção de um condutor redondo de cobre, apresentam custos expressivamente superiores.

Os efeitos das correntes impulsivas numa malha de terra têm sido tema de muitos estudos e pesquisas, mas ainda não se tem procedimentos normativos de aplicação prática no mesmo estágio alcançado pelo efeito das correntes de baixa frequência (60 Hz) numa malha de terra. Porém, alguns procedimentos são apontados como solução para reduzir a impedância da malha de terra:

  • [1] não aterrar os pontos de descargas atmosféricas na periferia da malha de terra;
  • [2] adensar a malha de terra nos pontos aos quais estão aterrados os condutores de condução das descargas atmosféricas;
  • [3] alternativamente, pode-se aumentar a quantidade de eletrodos verticais instalados no entorno dos pontos aos quais estão conectados os cabos guarda das subestações;
  • [4] conectar os cabos de descida dos cabos guarda da subestação nos pontos mais centrais da malha de terra.

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João Mamede Filho
João Mamede Filho
É engenheiro eletricista formado pela Universidade Católica de Petrópolis (UCP), no Rio de Janeiro. Foi diretor de Planejamento e Engenharia da Companhia Energética do Ceará (COELCE) por duas vezes, e também diretor de Operações da entidade. Foi presidente do Comitê Coordenador de Operações do Norte-Nordeste (CCON) e da Nordeste Energia S.A. (NERGISA). Ex-presidente e atual engenheiro de projeto da CPE – Estudos e Projetos Elétricos. Por mais de 30 anos, ministrou a disciplina de Eletrotécnica Industrial na Universidade de Fortaleza (UNIFOR), no Ceará.

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