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Desempenho de aterramentos a correntes impulsivas

Os aterramentos quando submetidos à injeção de corrente impulsivas tais como as associadas a descargas atmosféricas ou a manobras de alguns equipamentos elétricos (exemplo chaveamentos de bancos de capacitores), apresentam um comportamento de impedância, ao contrário dos processos de dispersão de correntes de baixas frequências para o solo, associados a apenas uma resistência.

A resposta ao impulso de aterramentos de pequena dimensão pode ser aproximada por um circuito equivalente simples, onde a resistência de dispersão, válida para baixas frequências, é associada a indutâncias e capacitâncias, que introduzem o fator tempo na resposta ao impulso. A figura abaixo apresenta o circuito equivalente de uma haste de aterramento, assim como as expressões para o cálculo dos seus parâmetros.

Deve-se observar que o parâmetro R corresponde à resistência de dispersão, enquanto os parâmetros L e C são equivalentes à indutância e capacitância fisicamente distribuídas ao longo da haste. Estes últimos parâmetros introduzem um retardo na resposta do aterramento ao eletrodo.

A resposta inicial dos eletrodos de aterramento longos a correntes de natureza impulsiva é semelhante à apresentada pelas de linhas de transmissão, onde as ondas de tensão e corrente sofrem um processo de reflexão e refração nas descontinuidades da rede, apresentando variações de magnitude com o tempo ao longo do eletrodo.

Malhas de aterramento submetidas a elevadas correntes impulsivas com origem em descargas atmosféricas comportam-se como uma impedância transitória, variando no tempo desde a sua impedância de surto até o valor da resistência de dispersão dos contrapesos. Este processo caracteriza um valor dinâmico de impedância de aterramento, que apresenta duas componentes: a primeira é a impedância de surto que ocorre na fase inicial do processo, e a segunda, denominada de resistência de aterramento, é o valor para o qual a impedância do eletrodo converge.

Os principais parâmetros que determinam o comportamento transitório dos eletrodos são:

−  As características elétricas do solo (resistividade, permissividade e permeabilidade;

−  A geometria dos componentes do eletrodo de aterramento; 

−  A magnitude e a forma de onda da corrente injetada no aterramento, bem como, a localização do ponto de sua aplicação.

Dependendo dos valores destes parâmetros, o eletrodo pode apresentar um valor inicial de impedância de surto maior ou menor que o valor da resistência de aterramento.

Outro fator importante que influencia as características transitórias de impedância do aterramento é a ionização do solo. Esta ocorre devido à dissipação para o solo de valores elevados de corrente, usualmente associados às descargas atmosféricas, induzindo gradientes de tensão no solo suficientemente elevados para romper o seu dielétrico até uma certa distância radial do eletrodo. Os valores de gradientes de tensão para a ionização do solo dependem das características elétricas do mesmo, e situam-se na faixa de 1 a 40 kV/cm. O efeito deste fenômeno é a formação de um envelope de solo ionizado ao redor do eletrodo, que tem como consequência o aumento do raio efetivo do eletrodo, acarretando uma redução de 20 a 80% da sua impedância de aterramento.

O risco da ionização do solo em aterramentos de dimensões reduzidas em solo de elevada resistividade é a vitrificação do material do solo no entorno da haste (fusão da sílica contida na areia), a partir da sua extremidade inferior que forma uma parede impermeável e isolante entre o material condutor e o solo.

CRÉDITOS

Eng. Wagner Franklin – FAW7

 Eng. Paulo Edmundo 

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