Um estudo da resistividade do solo em sistemas de aterramento: simulação numérica e modelo matemático

Abstract

A resistência de aterramento é um dos principais fatores para a análise da segurança elétrica em subestações de energia. A principal componente da resistência de aterramento é a resistividade do solo no qual os eletrodos de aterramento estão implantados. Desta forma, é de extrema importância o conhecimento desse parâmetro para o dimensionamento correto do sistema de aterramento. Porém, não somente os aspectos geológicos do solo afetam o valor de resistividade medido em campo. Muitas subestações de energia estão localizadas em centros urbanos, onde não há o espaçamento adequado e requerido pelos métodos de medição normalizados, ou estão sujeitas a interferências externas. A resistência de aterramento é um parâmetro mais facilmente obtido devido às técnicas já estudadas na literatura, portanto, neste trabalho são exploradas técnicas para a obtenção da resistividade do solo em função deste parâmetro. O primeiro método é dado por uma técnica robusta de simulação numérica, através do Método dos Elementos Finitos. A partir de comparações realizadas entre os resultados das simulações e valores medidos em campo pelo Método da Queda de Potencial é verificado a acurácia e o bom desempenho do modelo proposto. O segundo método é matemático, nomeado como Fórmula de Ventura, possui sua base de concepção as simulações numéricas realizadas. Ele oferece de forma simples e eficaz o valor da resistividade do solo conforme a geometria e resistência da malha de aterramento.

Abstract: Grounding resistance is one of the key factors in the analysis of electrical safety in power substations. The main component of the grounding resistance is the resistivity of the soil in which the grounding electrodes are deployed. Thus, it is extremely important to know this parameter for the correct dimensioning of the grounding system. However, not only the geological aspects of the ground affect the resistivity value measured in the field. Many power substations are located in urban centers, where adequate spacing required by standard measurement methods is not available or are subject to external interference. The grounding resistance is a parameter more easily obtained due to the techniques already studied in the literature, therefore, in this work techniques for obtaining the earth resistivity as a function of this parameter are studied. The first method is given by a robust numerical simulation technique, through the Finite Element Method. From comparisons made between the results of the simulations and values measured in the field by the Fall-of-Potential Method, the accuracy and proper performance of the proposed model is verified. The second method is mathematical, called Ventura's Formula, which has its conception base on the numerical simulations performed. It provides, in a simple and effective way, the earth resistivity value according to the geometry and resistance of the ground grid.