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Desempenho do aterramento de torres

Admitindo uma torre com aterramento de geometria radial no instante da injeção da corrente de descarga (t = 0+), a impedância de pé de torre equivale ao paralelo das impedâncias de surto dos cabos que convergem para o ponto de injeção da corrente. Com o passar do tempo, da ordem de alguns microssegundos, à medida que as reflexões da onda de corrente nas extremidades dos condutores do aterramento, e também no topo da própria torre, retornarem ao ponto de injeção, a impedância tende à resistência de dispersão do aterramento (resistência à baixas frequências). As tensões no solo e os campos elétricos e magnéticos nas proximidades de uma torre atingida por um raio apresentam comportamento oscilatório amortecido, na frequência de ressonância da torre.

 A figura abaixo apresenta as curvas de variação da impedância no tempo para arranjos de aterramentos com comprimento total 1000 pés de cabo enterrado com geometrias de um a quatro contrapesos. Verifica-se que este tipo de aterramento está associado a baixas resistências de dispersão e a altas impedâncias impulsivas.

A imagem apresenta também o circuito equivalente que simula a variação da impedância de um aterramento formado por condutores radiais, onde verifica-se que esta variação pode ser aproximada por uma exponencial, cuja constante de tempo é diretamente proporcional ao comprimento de cada perna de cabo contrapeso e inversamente proporcional à velocidade de propagação da onda de corrente no condutor enterrado.

A impedância de surto de um eletrodo enterrado é função da sua geometria, de parâmetros elétricos do solo (resistividade, permissividade e permeabilidade), da intensidade e frequência da onda de corrente injetada, o que caracteriza esta impedância como um parâmetro não linear.

Uma configuração com arranjos de condutores e hastes de aterramento dispostos em segmentos radiais relativamente curtos (da ordem de algumas dezenas de metros) pode proporcionar baixa resistência de pé de torre frente a descargas impulsivas. Neste tipo de aterramento, em função dos elevados gradientes de potencial na interface condutor/solo decorrentes de descargas atmosféricas de alta intensidade, pode ocorrer a ionização do solo e até a sua disrupção parcial, o que resulta no aumento do raio efetivo dos condutores e na consequente redução da sua impedância transitória.

Uma consequência do fenômeno de ionização do solo é a redução da resistência de pé de torre ao impulso, com relação ao valor medido à baixa frequência. Na faixa de 5 a 15Ω de resistência de pé de torre este efeito não é importante, mas para altas resistências esta redução pode ser bastante acentuada.

Aterramentos concentrados com muitos elementos radiais com relação aos aterramentos com poucos condutores longos, apresentam impedâncias de surto menores e valores mais altos de resistência de dispersão devido à menor área. Estão também associados a processos transitórios mais rápidos caracterizados por constantes de tempo menores, decorrentes da pequena extensão dos seus componentes e do grande número de reflexões do surto nas suas extremidades.

A impedância de surto e a resistência de aterramento de arranjos radiais de condutores podem ser calculadas com o auxílio das expressões:

CRÉDITOS

Eng. Paulo Edmundo


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