PortugueseEnglishSpanishGerman

Aterramento e proteção contra raios em parques eólicos – Parte 2

Desempenho frente a descargas atmosféricas

Em um parque eólico, as torres dos aerogeradores são os elementos captores naturais de raios, especialmente pela sua elevada altura e perfil geométrico, que, inclusive, propiciam a formação de descargas terra-nuvem, que, tipicamente, tem polaridade positiva e intensidade mais elevada do que os raios nuvem-terra, o que significa alta energia, porém, com frentes de onda mais lentas.

O aterramento de uma torre de aerogerador é do tipo concentrado, sendo constituído por um ou mais anéis de cabo de cobre nu no entorno da sua base, interligados às armaduras da fundação. Aterramentos concentrados em estruturas de fundação densa e pesada (com muitos vergalhões de ferro amarrados), como é o caso dos aerogeradores, apresentam valores de impedância impulsiva inferiores dos valores de resistência de baixa frequência. Este efeito é decorrente do fato que as variações dos parâmetros do solo com a frequência, associadas ao espectro de altas frequências existentes na frente de onda de um raio, serem muito mais significativas em solos de alta resistividade (acima de 1000 Ω.m), que são os solos típicos encontrados nos parques eólicos do Brasil. 

A resistência de aterramento de baixas frequências do aterramento da torre, que vale apenas para a fase final do transitório do raio, em que predominam componentes de frequência mais baixa, é dada pela combinação da impedância concentrada da base da torre ligada à impedância distribuída resultante dos cabos contrapesos radiais (quando existentes).

A redução da impedância de aterramento vista do aerogerador não é diretamente proporcional à extensão de cabo adicionada. O desempenho do aterramento de uma torre de aerogerador para uma descarga atmosférica é restrito à chamada área efetiva do aterramento, que é função direta da resistividade do solo local e inversa ao tempo de frente de onda do raio. Acima deste comprimento efetivo, o aumento da extensão de cabo enterrado não resulta em redução significativa do valor de impedância de aterramento.

Simulação de uma frente de onda impulsiva 

O impulso de corrente 10/350 µs caracteriza a 1ª descarga de retorno de polaridade positiva, típica de raios gerados no topo de estruturas altas e pontiagudas (Figura 1). O impulso 10/350 µs leva 10 µs leva para atingir o valor de pico e 350 µs para cair a 50% do valor de pico. A decomposição de uma onda impulsiva por transformada de Fourier revela que a faixa de frequências de 0 a 100 kHz concentra o maior conteúdo de energia.

Estas descargas ocorrem em apenas 1% dos raios, porém, constituem uma das condições mais críticas para as torres de aerogeradores, cujas torres são consideradas “geradores naturais” de raios terra-nuvem, que apresentam descargas de retorno com valores maiores de pico e de energia, em função da longa cauda do impulso de corrente. 

A Figura 2 mostra uma onda senoidal de 25 kHz superposta a uma onda impulsiva, modelada por uma função de Heidler. Verifica-se que a senoide de 25 kHz leva os mesmos 10 µs que a onda impulsiva para chegar ao seu valor de pico. Tem-se, então, que, em uma primeira aproximação, a resposta do aterramento da torre pode ser estimada pela aplicação de uma corrente senoidal de alta-frequência na malha, seja para uma medição em campo ou para uma simulação em computador. 

A Figura 2 apresenta um modelo de aterramento da base de um aerogerador e a Figura 3 apresenta a elevação de potencial desta base em relação ao infinito (GPR), como resposta à injeção de uma corrente impulsiva de 50 kA em um solo de 3000 Ω.m, considerando os parâmetros do solo variantes com a frequência. A resistência em baixa frequência é de 55 ohms, já a impedância impulsiva é de 44 ohms, o que mostra uma redução no GPR de 20% com relação à resistência calculada em baixa frequência.

Pode-se concluir que a resposta do sistema de aterramentos de um parque eólico em baixa frequência e frente a descargas atmosféricas é diferenciada, devendo ambas ser objeto de análise, seja na fase de projeto ou de avaliação dos sistemas de aterramento e de proteção contra raios.

Figura 1 – Onda 10/350 µs, característica da 1ª descarga de polaridade positiva, típica de raios gerados no topo de estruturas altas e pontiagudas.
Figura 2 – Superposição de uma senoide de 25 kHz e de uma onda 10/350 µs modelada por uma função de Heidler.
Figura 3 – Armadura e anéis de aterramento da base de uma torre de aerogerador.
Figura 4 – Resposta de tensão da base de um aerogerador à injeção de uma corrente impulsiva de 10/350 µs.

Autores:

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;

Por Wagner Costa, engenheiro eletricista, com especialização em Gestão da Manutenção pela UFPE e mestrando em Engenharia Elétrica pela Unicamp. Possui mais de 10 anos de experiência no setor elétrico com projetos e estudos sobre aterramentos elétricos, interferências eletromagnéticas, entre outros temas

Seja membro do portal e acesse o conteúdo completo!

PLANO

Virtual Gratuito
R$ 0,00 00
  • Conteúdo Digital (restrito)

PLANO

Impresso + Virtual
R$ 275,00 por ano
  • Revista Impressa
  • Conteúdo Digital (100%)
Popular

PLANO

Virtual Ilimitado
R$ 11,90 por mês
  • Conteúdo Digital (100%)

Detalhes dos Planos

ACESSOS
VIRTUAL GRATUITO
VIRTUAL ILIMITADO
IMPRESSO + VIRTUAL ILIMITADO
Notícias do Setor
Guias Setoriais
Conteúdo Empresarial
Eventos do setor
Webinar
Vídeos
E-books
Artigos de opinião
Fascículos
Artigos técnicos
Colunistas
Revista O Setor Elétrico - Leitura e Download
Revista Impressa
No data was found

Próximo Evento

Evento: Fenasucro & Agrocana
Data: 16/08/2022
Local: Centro de Eventos Zanini
00
Dias
00
Horas
00
Min.
00
Seg.
Evento: Intersolar 2022
Data: 23/08/2022
Local: EXPO CENTER NORTE
00
Dias
00
Horas
00
Min.
00
Seg.
Evento: 16° Fórum GD Norte
Data: 21/09/2022
Local: Palmas - TO - Brasil
00
Dias
00
Horas
00
Min.
00
Seg.
Evento: Energy Solutions Show
Data: 27/09/2022
Local: São Paulo Expo
00
Dias
00
Horas
00
Min.
00
Seg.

Controle sua privacidade

Nosso site usa cookies para melhorar a navegação.