Aterramento de Blindagens de Cabos de Energia (Parte 2 de 2)

Na primeira parte deste artigo introduzimos brevemente os três tipos de aterramento de cabos isolados. Nesta segunda parte abordamos a aplicação destes aterramentos em redes de média tensão em plantas de geração renovável. 

Os circuitos de média tensão em parques eólicos e usinas fotovoltaicas (UFV) operam em 34,5 kV com uma potência média de 17 MW/circuito. A extensão destes circuitos varia de algumas centenas de metros a alguns quilômetros, sendo tipicamente aplicados dois tipos de aterramento – single bonding e solid bonding.

As blindagens são dimensionadas para faltas fase-terra núcleo-blindagem, dimensionamento este que considera a corrente de curto-circuito monofásica, tempo de atuação da proteção e o material do condutor (cobre ou alumínio). O gráfico da Figura 1 apresenta a máxima corrente suportável de curto-circuito x seção da blindagem de alumínio, para dois tempos de atuação da proteção (0,5 s e 1 s), considerando a condição adiabática (critério conservativo, em que não ocorre troca de calor com o solo durante todo o evento de falta para a terra).

Figura 1 – Corrente de falta para a terra x seção da blindagem [WC].

As subestações coletoras das plantas de geração renovável são geralmente projetadas considerando um resistor de aterramento no lado de baixa tensão do transformador elevador, para limitar as correntes de curto-circuito monofásico em torno de 1 kA, compatível com uma blindagem da ordem de 6 mm².

A seção da blindagem afeta as perdas no circuito, no caso do aterramento do tipo solid bonding, pois haverá corrente circulando no cabo e uma “redução” de sua ampacidade. Nas Figuras 2 e 3 são apresentadas duas simulações de correntes nas blindagens em condição de regime permanente, para cabos de 20/35 kV com 16 mm² e 25 mm², respectivamente. Verifica-se que as blindagens de maior seção transportam correntes mais elevadas em condição normal de operação. Observa-se que as correntes no início e no fim das blindagens são diferentes devido à contribuição da corrente capacitiva ao longo de toda a extensão do circuito.

Figura 2 – Distribuições de corrente ao longo do circuito de média tensão, aterramento solid bonding, blindagem 16 mm² [WC].

Figura 3 – Distribuições de corrente ao longo do circuito de média tensão, aterramento solid bonding, blindagem 25 mm², fonte: autores.

As Figuras 4 e 5 apresentam circuitos com aterramento das blindagens do tipo single bonding, para comprimentos de 2 km e 6 km. No caso do circuito mais curto verifica-se uma tensão induzida na blindagem de 32 V; no caso do circuito mais comprido a tensão na blindagem atinge 118 V, superando o limite de 90 V recomendado pela IEEE 575.

Figura 4 – Tensões induzidas nas blindagens do circuito de média tensão, aterramento single bonding, 2 km, fonte: autores.

Figura 5 – Tensões induzidas nas blindagens do circuito de média tensão, aterramento single bonding, 6 km fonte: autores.

A seleção do tipo de aterramento de cabo isolado de média tensão deve ser realizada com o compromisso sistêmico, considerando as correntes a serem transportadas, as quedas de tensão e níveis de curto-circuito, a disposição física (trifólio, flat etc.). O impacto do tipo de aterramento deve ser avaliado, com a determinação das correntes circulantes e tensões induzidas nas blindagens em diferentes condições operativas (regime permanente, curto-circuito e transitórios).

Autores:

Por Paulo Edmundo da Fonseca Freire, engenheiro eletricista e mestre em Sistemas de Potência (PUC-RJ). Doutor em Geociências (Unicamp) membro do Cigre e do Cobei, além de atuar como diretor da Paiol Engenharia;

Por Wagner Costa, engenheiro eletricista pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), É mestre e doutorando em engenharia elétrica pela Unicamp, além de membro do Comitê de aterramentos elétricos na ABNT e no Cigré.