Fio de Terra ou Fio de Proteção

Definição de Fio Terra Aéreo (Fio de Terra)

Um fio terra aéreo, também conhecido como fio de terra, é um componente crucial dos sistemas de proteção contra raios. Ele consiste em um ou mais condutores que são instalados acima da linha de transmissão, estendendo-se de uma estrutura de suporte a outra. Esses fios são meticulosamente aterrados em intervalos regulares ao longo de sua extensão.

A função principal do fio terra é interceptar descargas atmosféricas diretas que, de outra forma, atingiriam os condutores de fase da linha de transmissão. Ao desviar a corrente do raio de forma segura para o solo, ele protege os condutores elétricos críticos de possíveis danos, assegurando, assim, a operação ininterrupta do sistema de transmissão de energia. É importante notar que, embora seja altamente eficaz contra raios, o fio de terra não tem impacto na mitigação de sobretensões de manobra, que são causadas por diferentes fenômenos elétricos dentro do sistema de energia.

Quando ocorre um raio no meio do percurso de um fio terra, ondas elétricas são geradas e se propagam em direções opostas ao longo da linha. Essas ondas acabam alcançando as torres de transmissão adjacentes, que são projetadas para canalizar a energia elétrica de forma segura para o solo. No entanto, a eficácia do fio terra depende de um fator chave: a resistência entre a base da torre e o solo deve ser mantida suficientemente baixa. Um valor de resistência alto pode impedir a dissipação eficiente da corrente do raio, reduzindo a capacidade do fio terra de proteger a linha de transmissão e potencialmente levando a sobretensões e danos ao equipamento.

Se a resistência entre a base da torre e o solo não for baixa, e o fio terra ou a torre for atingida por um raio, o raio induzirá um potencial extremamente alto. Este potencial elevado pode causar um flashover da torre para um ou mais condutores de fase. Este fenômeno é conhecido como flashover reverso.

O flashover reverso ocorre especificamente quando o produto da corrente da torre e a impedância da torre excede os níveis de isolamento da linha de transmissão. Para mitigar esse risco, uma abordagem eficaz é reduzir a resistência da base da torre. Em áreas com alta resistividade do solo, barras de aterramento e contrapés são comumente utilizados.

Um contrapé é um condutor enterrado no solo, geralmente feito de aço galvanizado. Para um terminal aéreo, o contrapé funciona como um terminal de aterramento especializado. Sua função é diminuir a impedância de surto da conexão de aterramento e melhorar o acoplamento entre o fio terra e o condutor, aprimorando, assim, o desempenho geral de proteção contra raios do sistema.

Em linhas de transmissão, dois tipos principais de contrapés são utilizados: o contrapé paralelo e o contrapé radial.

Contrapé Paralelo

O contrapé paralelo consiste em um ou mais condutores colocados subterraneamente ao longo de toda a extensão da linha de transmissão. Essas linhas de contrapé estão conectadas ao fio terra aéreo em cada torre e poste. Esta configuração ajuda a distribuir uniformemente a corrente elétrica durante um raio, reduzindo o potencial de acumulação de tensão elevada e minimizando a probabilidade de flashover reverso.

Contrapé Radial

O contrapé radial é caracterizado por uma série de fios que se estendem em um padrão radial a partir da base das pernas da torre. A quantidade específica e o comprimento desses fios são cuidadosamente determinados com base em dois fatores críticos: a localização geográfica da torre e as condições do solo predominantes. Essas variáveis desempenham um papel significativo na otimização da eficácia do contrapé na redução da resistência da base da torre e no aprimoramento da proteção geral contra raios da linha de transmissão.

Ângulo de Proteção ou Ângulo de Proteção

O ângulo de proteção ou ângulo de proteção é definido como a medição angular entre o alinhamento vertical do fio terra e o condutor de fase que requer proteção. Convenicionalmente, este ângulo é medido como o ângulo formado entre a linha vertical passando pelo fio terra e a linha que conecta o fio terra ao condutor de fase mais externo. Este ângulo serve como um parâmetro crucial no projeto e avaliação dos sistemas de proteção contra raios de linhas de transmissão aéreas, pois influencia diretamente a capacidade do fio terra de interceptar descargas atmosféricas e proteger os condutores de fase de possíveis danos.

Otimização de Configurações de Proteção e Fio Terra

Para uma proteção ótima contra raios em linhas de transmissão aéreas, é crucial minimizar o ângulo de proteção. Ângulos entre 20° e 30° são considerados altamente eficazes e seguros para fornecer proteção adequada aos condutores de fase. Os engenheiros geralmente evitam definir o ângulo de proteção acima de 40°, pois isso reduz significativamente a eficiência de proteção e aumenta o risco de raios atingirem diretamente os condutores.

Nos sistemas de energia de alta tensão contemporâneos, que frequentemente apresentam condutores com espaçamento mais amplo, a configuração de dois fios terra tornou-se a norma. Esta configuração oferece proteção superior em comparação com os sistemas tradicionais de um único fio. O uso de dois fios terra não apenas melhora a cobertura e as capacidades de interceptação contra raios, mas também traz várias vantagens elétricas. Por exemplo, a impedância de surto de um sistema de dois fios terra é menor, o que permite uma dissipação mais eficiente de surtos elétricos induzidos por raios. Além disso, a presença de dois fios aumenta o efeito de acoplamento entre os fios terra e os condutores de fase. Este acoplamento aprimorado ajuda a equilibrar melhor as cargas elétricas, reduzindo ainda mais a probabilidade de sobretensões e melhorando a confiabilidade e a resiliência geral da infraestrutura de transmissão de alta tensão.