23/03/20

Aterramento – Usinas Solares de Grande Porte

Luiz F. Ortega Boa tarde pessoal, tudo bem? Nos últimos meses tivemos um aumento na demanda por projetos de sistemas de aterramento de Usinas Solares, principalmente para usinas entre 1 – 5MW (créditos ao meu amigo Marcos Silva que ajudou na construção da solução). Nos nossos primeiros estudos a primeira coisa que fizemos foi uma revisão bibliográfica sobre o tema…no meio dessa pesquisa eu encontrei isso aqui:

  • P2778 – Guide for Solar Power Plant Grounding for Personnel Protection

Fiquei até emocionado quando encontrei, porém alegria de pobre dura pouco…em conversa com a IEEE, tive o seguinte retorno:

  • The P2778 PAR was approved a little over a year ago, and the PAR expiration date is 31 December 2021. I have not seen any drafts yet, so they will likely be developing the Guide for the next two or three years. If I hear anything different, I’ll let you know.

Em resumo, não tem nenhum guia da IEEE (tal qual a IEEE Std 80-2000 para SE) para o nosso problema hoje. Então começamos a desenvolver a nossa metodologia a partir do conhecimento que temos hoje (forte background em projetos de subestações de alta tensão e parques eólicos). Então quais são as premissas básicas para um sistema de aterramento? Os principais são:

  1. O primeiro e mais importante: segurança dos Homo sapiens, garantindo as tensões de passo e toque do sistema;
  2. Referência para o neutro;
  3. Caminho de baixa resistência para o CC fase-terra, possibilitando que as proteções atuem;
  4. Resistência de malha com patamares seguros que garantam a dissipação das descargas atmosféricas.
  5. Aterramento: cercas, portões, TPs (item com considerações especiais), inversores (fabricante deve orientar), eletrocentros (fabricante deve orientar), trackers e outras estruturas metálicas não comentadas anteriormente.

Para o desenvolvimento do seu sistema de aterramento, como não vamos ter tão cedo a P2778, é de suma importância basear o projeto em normas usuais do tema e as principais são:

  • ABNT NBR 7117:2012 – Medição da resistividade e determinação da estratificação do solo;
  • IEEE Std 80-2000: Guide for safety in AC Substation Grounding;
  • ABNT NBR 15751:2013 – Sistemas de Aterramento de Subestações – Requisitos.

Primeiro passo é fazer a medição de resistividade do SITE. Uma das características das UFVs é o tamanho do terreno. Para tomar como exemplo, podemos considerar que 1MW de Solar irá ocupar 2 ha. Para UFVs de 5MW estamos falando de 10 ha, tendo isso em mente, para as medições temos que ter como base a tabela ao lado. Considerando áreas superiores a 20.000 m2 é necessário dividir o terreno em partes e, como sugestão, podemos usar as seguintes linhas de medição indicadas ao lado para cada subárea. A partir desse ponto, basta seguir os procedimentos da norma que não existirão maiores problemas na medição (o objetivo desse artigo não é ensinar a medir a resistividade do solo) Apenas para exemplificar, a imagem indicada mostra uma curva tipica para a estratificação do solo em duas camadas.próximo passo após definir a resistividade, é encontrar os níveis de curto-circuito fase-terra do sistema e como ele irá se comportar. É muito importante salientar que algumas considerações para os cálculos do cc são fundamentais, tais como as malhas de cada parte do sistema como circuito paralelo, resultando em uma única resistência equivalente. Por consequência vamos ter divisão da corrente de cc entre os entes do sistema. O tempo de atuação da proteção é outro fator que deve ser definido por ser fundamental nos cálculos do sistema. Usualmente é considerado 0,5s. Outro ponto que difere em projetos de subestações é que muito provavelmente não irá ter brita no pátio.

Com esses dados (e mais alguns que variam de caso a caso) é possível ir para a próxima etapa que é definir malha de aterramento. A malha é composta por uma rede de condutores dispostos horizontalmente, enterrados a uma profundidade de 0,50m em sua maior parte (1m quando tiver cruzamentos) e hastes de aterramento. O sistema também conta com os perfis metálicos de sustentação da estrutura dos painéis que funcionam como hastes de aterramento. O grid final da malha deverá ser selecionado após interações sucessivas para encontrar a melhor solução técnica/econômica que consiga garantir as tensões de passo e toque do sistema.

Por fim, o dimensionamento da resistência da malha e o dimensionamento térmico do condutor também são necessários e devem estar presentes no seu estudo.

A conclusão que posso passar para vocês hoje, diferente do que eu imaginava, é que o projeto da malha de UFVs de grande porte é bastante complexo porte e é necessário muita atenção e carinho no seu desenvolvimento, por dois motivos importantes: Você esta lidando com a vida e o dinheiro dos outros. Então estudem bem o tema ou andem do lado de especialistas que possam entregar uma solução adequada para a sua usina.

  Obs 1: quando alguém te falar que é fácil e basta fazer um grid 20 x 20m, minha dica é: Run, Forrest, Run! Obs 2: Obvio que não tratamos de todos os detalhes do projeto, caso fizesse o artigo iria virar um livro.