Sistemas de aterramento, interferências eletromagnéticas e o setor energético

---

A maioria dos engenheiros eletricistas precisa lidar regularmente com problemas operacionais e de projeto em que parcelas das correntes de fase percorrem caminhos indesejáveis e resultam em diversos efeitos, podendo ir de pequenos incômodos a falhas catastróficas. Uma parte significativa desses problemas está relacionada ao aterramento e à presença de interferências eletromagnéticas. Um bom conhecimento desses temas e de ferramentas adequadas de software de engenharia são cruciais para toda concessionária de energia preocupada com a segurança e a confiabilidade do seu sistema e com sua responsabilidade para com o público e seus funcionários. A discussão a seguir ressalta a importância do aterramento e do controle das interferências eletromagnéticas.

1. Idealmente, redes elétricas deveriam transportar correntes trifásicas e equilibradas. Essas correntes estariam restritas a fluir por um caminho condutor predeterminado ou pela terra. Entretanto, na prática, ocorrem desequilíbrios devido a componentes assimétricas do sistema e ao desbalanceamento de cargas. Isso resulta no fluxo de correntes por caminhos chamados "não energizados" e pela terra. As consequências disso variam de efeitos impercetíveis e pequenos incômodos até danos significativos a equipamentos e riscos à proteção de instalações e pessoas. Indo mais além desse "regime permanente" de condições desequilibradas, é preciso lidar com condições anormais que vão de faltas de origem natural (como descargas atmosféricas) até falhas e mau funcionamento de equipamentos e vandalismo.

2. A análise técnica do fluxo de energia trifásico equilibrado normal e anormal é bem compreendida e perfeitamente previsível. No entanto, a corrente que não percorre a rede trifásica, isto é, que passa pela terra, por condutores aéreos, neutros, coberturas e outras estruturas metálicas, é extremamente difícil de ser estimada usando a teoria de circuitos convencional ou métodos aproximados, principalmente porque, em tais condições, as correntes de neutro não estão mais restritas a fluir pelos caminhos elétricos dedicados (como condutores aéreos), mas podem fluir livremente pelo solo, através de caminhos tridimensionais complicados.

3. Os efeitos desses tipos de fluxo de corrente são diversos e englobam muitas especialidades em sistemas elétricos de potência, como:

1. Aterramento e suas vertentes:
   • problemas de segurança (tensões de toque e de passo e potenciais de superfície).
   • acoplamento condutivo com dutos e estruturas metálicas.
   • elevação de potencial do solo (GPR) e seus efeitos nos equipamentos de telecomunicações e nos deslocamentos de neutro do sistema.
   • mau funcionamento do sistema de proteção devido a correntes circulantes e tensões de estresse em circuitos eletrônicos.
   • problemas transitórios envolvendo descargas atmosféricas e chaveamento de equipamentos do sistema de energia, tais como disjuntores e bancos de capacitores.
2. Problemas de interferência eletromagnética:
   • indução em sistemas de gasodutos, oleodutos ou adutoras.
   • ruído audível em circuitos telefônicos e de comunicações.
   • acoplamento eletromagnético com cercas e estruturas metálicas alongadas.
3. Campos magnéticos e elétricos e questões públicas relacionadas, que envolvem:
   • campos magnéticos de correntes residuais em sistemas de distribuição.
   • campos magnéticos gerados por neutros subterrâneos e dutos que transportam correntes "residuais".

4. O cálculo exato de tais efeitos era virtualmente impossível (exceto em casos genéricos muito simples) antes do advento dos computadores e dos softwares. Hoje, programas especializados impulsionados plataformas computacionais poderosas permitem predizer esses efeitos com precisão. A complexidade desses fenômenos, entretanto, requer não só especialização em engenharia e comprometimento absoluto, mas também atenção genuína e apoio gerencial para que os benefícios desses novos conhecimentos adquiridos se convertam em retorno significativo sobre o investimento. Já os benefícios diretos e indiretos podem ser fenomenais: de 10 a 100 vezes o investido dentro de cinco anos e mais de 1.000 vezes entre 10 e 20 anos. Esses benefícios estão resumidos no tópico a seguir.

5. Os benefícios que resultam do investimento em soluções de análise de engenharia precisas e de última geração para problemas de aterramento e interferências eletromagnéticas podem ser categorizados da seguinte forma:

1. Benefícios para a concessionária do sistema de energia:
   • projetos de engenharia precisos e realísticos que oferecem o melhor desempenho pelo menor custo – problemas potenciais são identificados na etapa de projeto, e aditivos ou modificações caras em projetos de mitigação são evitados.
   • discussões intermináveis e argumentações e opiniões conflituosas são eliminadas porque o projeto é concebido com base em métodos confiáveis e validados.
   • padronização baseada em modelagem abrangente é possível.
   • processos judiciais envolvendo incidentes, problemas futuros e questões ambientais podem ser contestados ou resolvidos extrajudicialmente, com confiança e compreensão dos eventos, tópicos e responsabilidades.
   • a qualidade e a superioridade dos projetos terão efeitos significativos a longo prazo na confiabilidade da rede e resultarão em uma redução substancial das faltas e falhas do sistema elétrico geradas por variações de frequência e tensões de estresse transitórias devido à condução pelo solo e às interferências eletromagnéticas.
2. Benefícios ao público em geral:
   • fornecimento de energia mais econômico e confiável, como consequência da diminuição de faltas no sistema e falhas de equipamentos.
   • instalações do sistema de energia mais seguras e menos problemas decorrentes de interferências indutivas.
   • mitigação ou eliminação de campos eletromagnéticos no ambiente.
   • maior confiança no serviço da concessionária de energia pela percepção da liderança na avaliação das preocupações do público.
3. Benefícios para o engenheiro da concessionária, que:
   • não está mais desamparado quando precisa lidar com problemas complexos de engenharia ou quando se depara com projetos frustrados e mitigações baseadas em métodos incompletos e não confiáveis.
   • adquire conhecimentos e níveis de compreensão significativos de um assunto de engenharia difícil, mas altamente desafiador.
   • se sente útil, respeitado e apreciado por seus colegas e seus superiores.

6. As publicações e artigos oferecem um testemunho escrito dos benefícios diretos obtidos por diversas companhias que atualmente utilizam o pacote de software CDEGS.