Mantendo os parques eólicos seguros

O aterramento eficaz é essencial para a operação segura de parques eólicos, mas medir com precisão a resistência do aterramento nesses locais apresenta vários desafios.

Quando eles estão operando normalmente, os perigos que os parques eólicos representam para o público em geral são mínimos. Mas, como qualquer outro tipo de instalação elétrica, as turbinas eólicas podem desenvolver falhas e, embora muito raramente, podem levar a grandes correntes fluindo em seu sistema de aterramento. Isso foi projetado para levar em conta a resistência do aterramento local e ser capaz de superar as correntes de falha com segurança, desde que essa resistência não tenha mudado significativamente.

No entanto, se a resistência à terra tiver aumentado significativamente, possivelmente devido a um longo período de seca

clima, falhas podem levar a riscos que podem colocar em risco os membros do público em geral que estejam nas proximidades. Esta é uma preocupação particular na Escócia, onde a legislação "Direito a passagem" significa que o público tem acesso quase irrestrito a todas as áreas do campo.

Dois problemas principais relacionados a falhas em parques eólicos são a tensão de passo e a tensão de toque. A corrente que flui na terra leva a um gradiente potencial na superfície da terra. Por isso, qualquer pessoa que esteja caminhando na área afetada terá uma diferença de potencial — a tensão de passo — entre seus pés. Uma combinação de alta corrente de terra devido a uma falha e inesperadamente alta resistência de terra pode produzir uma tensão de passo grande o suficiente para causar um choque elétrico perigoso.

A tensão de toque é semelhante, mas está relacionada à tensão entre um objeto aterrado — por exemplo, uma cerca de metal ao redor de um parque eólico — e a pessoa que a toca. Mais uma vez essa tensão resulta do fluxo de corrente no solo, e sua magnitude depende, em grande medida, da resistência à terra.

Os operadores de parques eólicos empenham grandes esforços para eliminar esses riscos. Antes da construção de um parque eólico, são efetuados levantamentos detalhados sobre a resistência à terra e os sistemas de ligação à terra são concebidos, levando em conta os resultados destes levantamentos, para superar as condições de falha no pior cenário. No entanto, como mencionado anteriormente, a resistência à terra pode mudar com o tempo. Para garantir que os sistemas de aterramento de parques eólicos permaneçam seguros e eficazes, é, portanto, altamente desejável fazer medições regulares para confirmar que a resistência à terra não aumentou significativamente.

Infelizmente essas medições estão longe de ser fáceis de realizar. Enquanto as turbinas eólicas estão operando elas produzem ruído elétrico na terra ao seu redor, o que dificulta a medição precisa da resistência à terra. A solução aparentemente óbvia de parar as turbinas enquanto as medições estão sendo feitas é impraticável, por razões operacionais e também por causa dos altos custos associados ao desligamento total de um site.

Outro problema está relacionado ao comprimento do eletrodo. Para obter resultados precisos em aplicações de parques eólicos, deve-se usar o método de queda de potencial para determinar a resistência à terra. Este é um teste de três polos — uma conexão é feita à barra de aterramento da turbina cujo sistema de aterramento está sendo testado e uma segunda conexão a um pico de aterramento temporário fora da esfera de influência do sistema de aterramento. Na prática, isso significa pelo menos 500 m de distância da primeira conexão. A terceira conexão é feita com outro pico de aterramento temporário, que é movido entre as outras duas conexões em incrementos de 10% de distância, com leituras feitas a cada incremento.

Para facilitar o manuseio, o eletrodo para a ponta móvel é acomodado em um tambor de cabo, mas especialmente quando a ponta está próxima à turbina, a bobina do fio ao redor do tambor adiciona uma quantidade considerável de indutância ao circuito de teste. A experiência prática mostrou que isso pode levar a medições indicando que a resistência do aterramento é menor do que seu valor real — uma situação potencialmente perigosa.

Tendo em mente todas estas questões, a Megger e a SSE, uma das maiores empresas de energia do Reino Unido, têm realizado ensaios com o objetivo principal de determinar se é possível fazer medições de resistência à terra confiáveis em sites de exploração eólica sem retirar o local de serviço.

Os testes foram realizados em um local na Escócia onde 16 turbinas eólicas estão em operação. As medições foram realizadas usando instrumentos Megger e, para fins de comparação, instrumentos não Megger. A primeira etapa foi fazer medições do ruído elétrico presente nos sistemas de aterramento em vários locais ao redor do local.

Como esperado esses testes revelaram a presença de níveis significativos de ruído, muito concentrado em torno de harmônicos da frequência de fornecimento. No entanto, os engenheiros da Megger estavam confiantes de que o ruído não afetaria os resultados dos conjuntos de testes de resistência à terra de alta tecnologia na faixa Megger, que foram concebidos para fornecer medições precisas e repetíveis mesmo em condições difíceis.

Os resultados dos testes foram surpreendentes. As medições feitas com o DET4 Megger foram instáveis e consistentemente mais baixas do que as produzidas pelos outros instrumentos Megger utilizados no ensaio. Isso não era totalmente inesperado. O DET4 é um instrumento econômico que se provou capaz de atender consistentemente às necessidades dos usuários em aplicações "padrão". Ele nunca foi projetado para uso em locais desafiadores, como parques eólicos em serviço.

Em contraste, o DET2/2 Megger, um instrumento de alto desempenho desenvolvido para uso mesmo nas condições mais exigentes, obteve resultados consistentes e confiáveis em todos os testes. Na verdade, foi o único instrumento capaz de fazer isso — os instrumentos não Megger no estudo não apresentaram resultados melhores que os do DET4.
Como validação adicional dos resultados produzidos pelo DET2/2 eles foram comparados com as medições históricas de resistência à terra feitas quando o local do parque eólico foi inicialmente avaliado. Foi encontrado um excelente acordo em todos os casos, confirmando que o DET2/2 pode ser utilizado para medir a resistência à terra em instalações de parques eólicos, mesmo quando as turbinas estão em serviço.

Há, no entanto, uma advertência. Neste ensaio inicial, a SSE e a Megger optaram por realizar medições nos sistemas de terra associados a turbinas no entorno do site, em grande parte devido à dificuldade em obter espaçamento suficiente para os eletrodos de teste no centro do site, onde as turbinas estão mais próximas umas das outras. Estão trabalhando ainda para superar essa limitação.

Entretanto, a SSE e a Megger consideram que os resultados produzidos até o momento são de grande valor e importância, não menos porque é improvável que o centro de um parque eólico seja afetado por condições tão localizadas que mudariam materialmente sua resistência à terra sem que essa mudança fosse refletida, ao menos em certa medida, pela resistência à terra das áreas periféricas do local.

Os testes conjuntos realizados pela Megger e pela SSE mostraram que a medição da resistência à terra em um parque eólico em serviço é tão desafiadora quanto o esperado. No entanto, com o equipamento comercial que está prontamente disponível no momento, é possível obter resultados precisos e confiáveis, tornando os testes periódicos de rotina uma opção realista e financeiramente viável. Esses testes têm um papel importante em ajudar os operadores a manter seus parques eólicos seguros e em minimizar o risco para o público, mesmo em condições de falha.