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Campanhas de sondagens geofísicas para projetos de aterramento de UFV

Usinas fotovoltaicas são plantas de geração de energia de grande área, com sistemas de aterramento de dimensões que vão de centenas de metros a alguns quilômetros de extensão. Estes grandes sistemas de aterramento abrangem volumes de solo de mesma proporção, com dimensões quilométricas, tanto em superfície como em profundidade.

A profundidade do solo relevante para a definição do desempenho elétrico de um eletrodo de aterramento e, portanto, do modelo geoelétrico mais adequado, é função das dimensões do eletrodo e das resistividades das camadas de subsuperfície. O item 4.3.2 da ABNT NBR 7117-1:2020 – Parâmetros do solo para projetos de aterramentos elétricos – Parte 1 – Medição da resistividade e modelagem geoelétrica deixa muito claro o conceito de que a resistência do eletrodo depende não somente das camadas rasas do solo, mas também das camadas profundas, abrangendo profundidades que são dependentes das dimensões da malha de aterramento. 

A norma IEEE Std 2778:2020 – Guide for solar power plant grounding for personnel protection foca o projeto do sistema de aterramento de UFVs de grande porte (> 5 MW). O Item 5.1 desta norma estabelece que UFVs de grande porte demandam modelos e solos mais complexos e profundos do que aqueles que são adequados para subestações ou plantas de menor porte. A área a ser amostrada em uma campanha de sondagens geoelétricas é extensa, demandando um universo mais amplo de estações de medição para uma boa caracterização, e procedimentos específicos de processamento dos resultados destas medições. Para a obtenção de informações suficientes para a avaliação do desempenho de um sistema de aterramento deste porte é necessário coletar uma quantidade significativa de dados de resistividade do solo em toda a área da UFV antes da construção.

O item 5.1.1 da IEEE Std 2778:2020 sugere que as Sondagens Elétricas Verticais (SEV) para o projeto de uma UFV de grande porte sejam feitas segundo uma matriz da ordem de 500 m x 500 m, conforme a Figura 1. Esta norma sugere ainda que estas sondagens tenham espaçamentos de até 75 m, o que significa uma abertura AB da ordem de 225 m (considerando que se trata de arranjo de medição Wenner). Uma matriz de sondagens geoelétricas da ordem de 500 m x 500 m tem dimensão da ordem de grandeza de um setor de uma UFV (grupo de arranjos fotovoltaicos que atende um mesmo eletrocentro).

Para a determinação do número e localização das linhas de medição (SEV) para uma UFV de grande porte sugere-se tomar como referência a locação dos eletrocentros, que usualmente aproxima o padrão recomendado pela IEEE Std 2778:2020, podendo ser previstas linhas de medição alternadamente verticais (Norte-Sul) e horizontais (Leste-Oeste), conforme ilustrado na Figura 2.

A região Nordeste possui clima semiárido e a caatinga como vegetação. Essa região possui solos com camadas superficiais de elevados valores de resistividade elétrica e com camadas mais profundas onde é possível encontrar água salobra, condição já constatada em diversos projetos realizados na região. Verifica-se, portanto, a importância de se realizar sondagens profundas (o que significa grande abertura de medição em superfície), que sejam capazes de atingir as camadas de solo saturado de água salobra, que apresentam baixas resistividades.

Conforme o item B.2.4 da NBR 7117-1:2020, o resistivímetro DC é o equipamento mais apropriado para a execução de SEVs em UFV de grande porte, realizadas em solos superficiais ressecados e de alta resistividade, e que demandam grandes aberturas em superfície, de modo a prospectar camadas mais profundas do solo. O resistivímetro apresenta algumas importantes virtudes:

  • Opera com corrente contínua, que penetra mais profundamente no solo do que a corrente alternada, evitando o efeito pelicular, permitindo, assim, a prospecção de camadas mais profundas do solo;
  • Tem potência elevada, viabilizando a injeção de correntes de medição que, de maneira geral, resultam em valores medidos de ΔV com boa relação sinal/ruído e dentro da sensibilidade do circuito voltimétrico.

A abertura dos eletrodos de medição do equipamento deve ser grande o suficiente para enxergar as camadas mais profundas do solo e evitar que sejam elaborados projetos baseados nas camadas rasas com resistividades elevadas.

Para usinas de grande porte na Região Nordeste, considerando o arranjo de Wenner, sugere-se que os quatro eletrodos sejam deslocados conforme os espaçamentos de 1 m, 2 m, 4 m, 8 m, 16 m, 32 m, 64 m e 128 m.
Nota: o resistivímetro é um equipamento mais complexo do que um terrômetro. Por este motivo exige uma equipe de campo mais qualificada e bem treinada, que saiba mais do que “a receita do bolo”, que tenha condições de avaliar a qualidade das medições realizadas e de tomar decisões que visam a obtenção de resultados mais compatíveis com a geologia local.

Figura 1 – Croqui de uma campanha de sondagens geoelétricas segundo um padrão matricial 500 m x 500 m (SEVs A, B, C etc.).
Figura 2 – Sondagens geoelétricas com linhas de medição no sentido Norte-Sul e Leste-Oeste.

REFERÊNCIAS

  1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7117-1/2020: Parâmetros do solo para projetos de aterramentos elétricos. Parte 1 – Medição da resistividade e modelagem geoelétrica.

INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, IEEE Std 2778/2020: Guide for solar power plant grounding for personnel protection.

Autores:

Por Allyson José de Sousa Gomes e Paulo Edmundo Freire

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