A efetividade (limitada!) dos eletrodos de aterramento para as correntes dos raios. Ou você ainda acredita em equalização de potencial? – Parte 03/04 - O Setor Elétrico | Conteúdo técnico para engenheiros
A efetividade (limitada!) dos eletrodos de aterramento para as correntes dos raios. Ou você ainda acredita em equalização de potencial? – Parte 03/04
O gráfico da figura 7, elaborado com base no método dos momentos [3], mostra a variação do comprimento efetivo, Lef, com a frequência, para um eletrodo horizontal de 200 m, enterrado 50 cm abaixo da superfície, em solos com resistividades baixa, média e alta, ou seja, respectivamente 100, 500 e 2.000 Ohm.m; com base no que foi exposto anteriormente, para o impulso de um raio injetado nesse eletrodo, a frequência a ser considerada estará relacionada ao tempo de subida ou de decaimento do impulso:
T=tempo subida ou de meia cauda da descarga.
Por exemplo, a figura 7 indica as frequências típicas correspondentes aos tempos de subida para uma descarga positiva, uma primeira descarga negativa e uma descarga negativa subsequente, ou seja, 100 kHz, 1 MHz e 4 MHz respectivamente, vide figura 6. Como pode ser observado para qualquer dos três tipos de solo considerados Lef<<Lf.
Figura 7: Comprimento efetivo de um eletrodo com Lf=200m, imerso em três diferentes de solo.
Vemos que um eletrodo de 200 m, enterrado em um solo com resistividade de 100 Ohm.m, quando submetido a trecho de subida de um impulso negativo subsequente típico, se comportará como um eletrodo com apenas 1 m de comprimento! Consequentemente, o potencial no ponto de injeção de corrente no eletrodo será, aproximadamente, 200 vezes aquele que resultaria se as cargas elétricas tivessem se distribuído uniformemente no eletrodo!
A figura 7 chama também a atenção para o possível erro decorrente de medições da resistência de aterramento usando frequências mais altas, no caso, 25 kHz, como em alguns equipamentos disponíveis no mercado; por exemplo, suponhamos que se queira avaliar a resistência, em 60 Hz, de um contrapeso de 200 m de uma torre de transmissão, em um solo de 100 Ohm.m. Como mostrado na figura 8, esse eletrodo, se medido em corrente contínua, apresentará uma resistência de aproximadamente 1,0 Ohm; se medido em 10 Hz, apresentará uma impedância de 1,2 Ohm, portanto, cerca de 20% de erro com relação a seu valor em corrente contínua. Porém, se medido em 25 kHz, resultará em uma impedância de 7,1 Ohm, ou seja, uma diferença de aproximadamente 700% com relação ao valor em frequência nula. Tais diferenças têm sido verificadas na prática! Convém salientar que, como indicado na figura 7, mesmo para um solo bem mais resistivo, por exemplo, com 2.000 Ohm.m, o comprimento efetivo de um eletrodo com Lf=200m será significativamente reduzido: da ordem de 100m.
Figura 8: Variação da impedância de um eletrodo de terra, em função da frequência de medição.
Distribuição de potencial em malhas de aterramento
Consideremos agora, como os efeitos descritos acima afetam a distribuição de potencial nos condutores de uma malha de aterramento de 60 m x 60 m, típicas de uma SE, quando atingida no seu ponto central por uma descarga atmosférica com 1 kA de pico 1/50 ms, ou seja, tempo de subida de 1ms e tempo de meia cauda de 50ms.
A figura 9 [4] mostra a variação temporal da distribuição de potencial nos cabos de uma malha de aterramento típica de uma subestação; chama a atenção que, somente no instante t=1ms, portanto, próximo ao instante de corrente máxima da descarga, a distribuição de potencial pelos condutores atinge a borda do eletrodo de aterramento, ou seja, a propagação de potenciais nos condutores da malha em questão se deu a uma velocidade:
V=30m/1ms=3×107 m/s
ou seja, cerca de 10 vezes mais lenta do que a velocidade da propagação dos sinais no ar!
Figura 9: Distribuição do potencial dos condutores de uma malha de terra, 60 m x 60 m, em quatro instantes diferentes, quando atingida, no centro, por uma descarga com 1,2/50 s.