Resumindo:

Por que a resistividade do solo é o primeiro número que você precisa?

Antes de especificar o diâmetro da haste de aterramento, antes de escolher entre aço revestido de cobre e aço galvanizado, e antes de calcular quantas hastes uma base de subestação precisa, você precisa de um número: a resistividade do solo no local da instalação. Todas as decisões de projeto subsequentes dependem dessa medição.

Na Shibang, nossa equipe de engenharia revisa as especificações de aterramento de projetos em seis continentes. A causa mais comum de problemas em campo que encontramos não é uma haste defeituosa ou uma conexão inadequada. É um sistema de aterramento projetado sem um levantamento de resistividade do solo apropriado. Engenheiros que ignoram essa etapa acabam tendo que refazer instalações, adicionar hastes suplementares ou aplicar corretivos de solo meses após a data original de comissionamento.

A resistividade do solo indica a força com que a terra, no local escolhido, se opõe à passagem da corrente elétrica. Um topo de colina arenoso e seco no centro da Austrália pode registrar 2.000 ohm-metros. Um delta de rio rico em argila em Bangladesh pode registrar 30 ohm-metros. O mesmo modelo de haste de aterramento revestida de cobre se comporta de maneira completamente diferente nesses dois ambientes, e o projeto deve refletir essa diferença desde o início.

Os órgãos de normalização reconhecem isso.Códigos e normas da NFPAA estrutura, juntamente com as normas IEC 62305 e IEEE 80, exigem ou recomendam fortemente a obtenção de dados de resistividade do solo específicos do local antes de prosseguir com o projeto do sistema de aterramento. Você pode ler mais sobre os fundamentos desistemas de aterramentoe comoterra (eletricidade)Trabalha na área de engenharia elétrica para entender por que essa medição é fundamental para tudo.

O que a resistividade do solo realmente mede

A resistividade do solo quantifica a oposição que um volume unitário de solo apresenta ao fluxo de corrente elétrica. Os engenheiros a expressam em ohm-metros (ohm-m). Esse valor depende de quatro fatores principais:

Teor de umidade.A água reduz drasticamente a resistividade. O solo seco pode apresentar valores acima de 1.000 ohm-m; o mesmo solo, em sua capacidade de campo, pode apresentar valores abaixo de 100 ohm-m. É por isso que os testes sazonais são importantes e por que recomendamos a medição durante as condições de maior seca previstas, para que se possa projetar o sistema com uma margem de segurança para o pior cenário.

Concentração iônica.Os sais dissolvidos na água do solo aumentam a condutividade. Áreas costeiras, terras agrícolas com histórico de fertilização e salinas desérticas apresentam leituras de resistividade mais baixas do que a areia de quartzo pura. Nossos registros de produção mostram que clientes no Oriente Médio e no Norte da África frequentemente lidam com solos arenosos de alta resistividade que requerem tratamento químico.

Temperatura.A resistividade aumenta à medida que o solo esfria. O solo congelado pode elevar a resistividade em dez vezes ou mais em comparação com o mesmo solo a 20 graus Celsius. Projetos no norte do Canadá, na Escandinávia ou na Rússia devem levar em consideração a zona de congelamento e posicionar as hastes de aterramento abaixo dela.

Composição e densidade do solo.Partículas de argila conduzem melhor eletricidade do que areia ou cascalho, pois retêm umidade e íons em sua grande área superficial. Rochas, xistos e granito decomposto variam bastante. Um local com geologia estratificada apresentará resistividade diferente em diferentes profundidades, razão pela qual a perfilagem de resistividade em profundidade é tão importante quanto a medição em superfície.

O Teste de 4 Pontos de Wenner: Como os Engenheiros Medem a Resistividade do Solo em Campo

O método de quatro pontos de Wenner continua sendo a técnica de campo padrão da indústria para testes de resistividade do solo. É simples, portátil e fornece resultados que são diretamente incorporados aos cálculos de projeto de aterramento. O TestGuy oferece um excelente passo a passo de como realizar esse método.Explicação sobre o teste de resistividade do soloEm detalhes práticos.

Nossos engenheiros de campo seguem este procedimento em cada nova vistoria de local:

Etapa 1: Layout.Crave quatro eletrodos equidistantes no solo em linha reta. Identifique-os como C1, P1, P2 e C2, da esquerda para a direita. O espaçamento entre cada par adjacente é "a", e você escolhe esse espaçamento com base na profundidade do solo que deseja investigar. Um espaçamento de 1 metro fornece a resistividade média em aproximadamente os 0,5 metros superiores. Um espaçamento de 10 metros permite medir a resistividade até aproximadamente 5 metros de profundidade.

Etapa 2: Injetar corrente.Conecte um medidor de resistência de aterramento (como um Megger da série DET ou um Fluke 1621) aos eletrodos externos (C1 e C2). O instrumento injeta uma corrente alternada conhecida através do solo entre eles.

Etapa 3: Medir o potencial.O instrumento mede a diferença de potencial entre os eletrodos internos (P1 e P2). Essa queda de potencial, dividida pela corrente injetada, fornece o valor da resistência R.

Passo 4: Calcular.Aplique a fórmula de Wenner:

Resistividade (ρ) = 2 x π xax R

onde “a” é o espaçamento entre os eletrodos em metros e R é a resistência medida em ohms. O resultado é a resistividade do solo em ohm-m.

Perfilagem de profundidade.Repita o teste em vários espaçamentos (1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 20 m) para construir um perfil de resistividade em função da profundidade. Esse perfil revela se existe uma camada condutora mais profunda no subsolo, o que poderia justificar a cravação de hastes a 3 metros em vez dos 2,4 metros padrão.

Quando realizar o teste.Especificamos os testes nas condições sazonais mais secas previstas, porque os sistemas de aterramento devem funcionar durante todo o ano. Testar apenas durante a estação chuvosa fornece números otimistas que não refletem as piores condições de verão ou de seca.

Uma instalação petroquímica na Província Oriental da Arábia Saudita registrou uma resistividade do solo superficial de 1.800 Ω·m durante a estação seca. Após nossa equipe técnica especificar três hastes revestidas de cobre de 3 metros (AF-0232, camada de cobre de 0,254 mm) cravadas a uma profundidade de 5 metros com espaçamento de 6 metros, a resistência de aterramento medida caiu para 3,8 Ω — bem abaixo da meta de 5 Ω exigida pela norma IEC 62305 para proteção contra descargas atmosféricas em tanques de armazenamento.

Como a resistividade do solo influencia a seleção da haste de aterramento

Uma vez que você tenha os dados de resistividade do solo, poderá selecionar a haste de aterramento adequada com confiança. O valor da resistividade indica três coisas: qual material resistirá à corrosão por mais tempo naquele solo, qual a geometria da haste (diâmetro e comprimento) necessária e se uma única haste atingirá a resistência de aterramento desejada ou se serão necessárias várias hastes em um arranjo.

Eis a estrutura geral que utilizamos na Shibang ao aconselhar nossos clientes:

Esta tabela é um ponto de partida, não um substituto para um projeto detalhado. O engenheiro também deve considerar o pH do solo, o teor de cloreto, os níveis de sulfato e a variação de umidade para fazer a escolha final do material. Abordaremos a questão da compatibilidade de materiais na próxima seção.

Nossohaste de aterramento revestida de cobreA linha de hastes (modelo AF-0232) abrange diâmetros de 14,2 mm a 25 mm (5/8 de polegada a 3/4 de polegada) e comprimentos de 1,2 m a 3,0 m (4 pés a 10 pés). A camada de cobre tem uma espessura mínima de 0,254 mm e pureza de 99,95% ou superior, ligada a um núcleo de aço de baixo carbono. Isso confere à haste alta resistência à tração (no mínimo 580 N/mm²) para cravação, mantendo a resistência à corrosão do cobre na maioria dos tipos de solo. Certificamos esta linha de produtos segundo a norma ISO 9001:2008.

No início de 2023, um engenheiro de projeto para uma subestação de 132 kV em Tamil Nadu especificou hastes galvanizadas para reduzir o peso de aquisição para um local remoto no topo de uma colina. Quando nossa equipe analisou o relatório do solo — solo laterítico, pH 4,8, resistividade de 280 Ω·m a 3 metros de profundidade — recomendamos a troca por hastes revestidas de cobre, apesar do maior peso por unidade. A justificativa: o baixo pH e o alto teor de óxido de ferro da laterita aceleram a corrosão do zinco, e a localização remota tornaria a logística de substituição futura das hastes muito cara. O engenheiro aceitou a recomendação. Dois anos após a instalação, as leituras de resistência de aterramento permanecem estáveis ​​em 1,6 Ω.

Adequação do material da haste de aterramento às condições do solo

Os fabricantes de hastes de aterramento oferecem diversas opções de materiais, e cada uma delas é adequada para um conjunto específico de condições de solo. Veja como fazemos a combinação:

Barras de aço revestidas de cobre

As hastes revestidas de cobre combinam um núcleo de aço (para resistência mecânica e durabilidade na instalação) com uma espessa camada externa de cobre (para resistência à corrosão e baixa resistência ao contato com o solo).haste de aterramento revestida de cobreOs modelos utilizam um processo contínuo de ligação de cobre, e não uma fina camada de revestimento. Isso é importante em solos agressivos, onde uma camada de cobre revestida ou soldada pode se desprender com o tempo.

As hastes revestidas de cobre funcionam melhor em solos neutros a alcalinos (pH 6 a 9) com umidade moderada. Elas resistem à corrosão da maioria das composições químicas do solo e mantêm uma resistência estável ao longo de décadas. Especificamos seu uso em usinas de energia, subestações, torres de linhas de transmissão, estações base de comunicação, aeroportos, ferrovias, edifícios altos e refinarias de petróleo. A vida útil especificada ultrapassa 50 anos em condições normais de solo.

Barras de aço galvanizado

Nossos preços para hastes galvanizadas (revestidas de zinco) são inferiores aos das hastes revestidas de cobre, e elas oferecem proteção aceitável contra corrosão em solos alcalinos. Nossos dados de fabricação e de campo mostram, no entanto, que o zinco se dissolve mais rapidamente do que o cobre em solos ácidos (pH abaixo de 5) e em solos com alto teor de sulfato. Documentamos diversos casos em que hastes galvanizadas em solos agressivos falharam muito antes da vida útil esperada, motivo pelo qual aconselhamos clientes em regiões tropicais ou afetadas por chuva ácida a optarem por hastes revestidas de cobre em vez de galvanizadas para qualquer projeto com vida útil de 25 anos ou mais.

Nossos registros de garantia de um lote enviado em 2019 para um local costeiro no sul do Vietnã mostram que hastes galvanizadas instaladas em solo com pH 5,2 e resistividade de 120 Ω·m começaram a apresentar corrosão superficial visível em 18 meses. O revestimento de zinco havia diminuído de 86 mícrons (conforme especificado) para menos de 40 mícrons na interface solo-ar. Substituímos toda a instalação de 240 hastes por unidades revestidas de cobre, por nossa conta e em garantia, e as hastes de substituição estão em serviço há mais de cinco anos sem qualquer degradação mensurável.

Eletrodos de aterramento químico

Quando a resistividade do solo permanece acima de 500 ohm-m mesmo em profundidade, uma haste nua sozinha não consegue atingir os valores de resistência desejados.eletrodos de aterramento químicoPreencha essa lacuna. Essas unidades contêm um tubo de cobre oco preenchido com sais minerais que se infiltram lentamente no solo circundante, reduzindo a resistividade local ao longo de meses e anos. Elas mantêm o desempenho em ambientes áridos e rochosos, onde a umidade natural é escassa.

Fornecemos eletrodos químicos para projetos no Oriente Médio, Norte da África e região central da Austrália. Em uma instalação típica, o técnico perfura um furo, insere o eletrodo, preenche o furo com um composto condutor e conecta o eletrodo à malha de aterramento principal. Com o tempo, a difusão do sal cria uma camada de baixa resistividade ao redor do eletrodo.

Módulos terrestres

Módulos terrestresOferecem uma abordagem alternativa para solos difíceis. Essas unidades pré-fabricadas combinam um condutor metálico com um corpo circundante de material condutor (geralmente um composto à base de carbono ou argila). Os engenheiros as enterram em pontos estratégicos da malha de aterramento para reduzir a resistência local sem a necessidade de manutenção constante, como ocorre com os eletrodos químicos.

Os módulos de aterramento funcionam bem em perfis de solo mistos onde existe uma camada condutora, mas que é muito rasa para a cravação convencional de hastes. Já enviamos módulos de aterramento para estações de retransmissão no topo de montanhas nos Andes, instalações de radar no deserto de Omã e subestações de parques eólicos costeiros no Vietnã.

Veja todas as opções

Nosso completocategoria de haste de aterramento e haste de aterramentoAbrange cabos revestidos de cobre, galvanizados, de aço inoxidável e configurações especiais. A escolha certa depende do relatório de química do solo, da resistência desejada e da vida útil esperada da instalação.

Profundidade de instalação, diâmetro da haste e a regra das múltiplas hastes

Os dados de resistividade do solo também orientam três parâmetros físicos de projeto: a profundidade de cravação da haste, o diâmetro a ser utilizado e a quantidade de hastes a serem instaladas.

Profundidade

Hastes mais profundas atingem camadas do solo que retêm mais umidade e apresentam menor resistividade. Uma instalação residencial padrão pode utilizar hastes de 2,4 metros (8 pés). Uma malha de aterramento de subestação geralmente especifica hastes de 3 metros (10 pés). Em regiões de alta resistividade, os engenheiros às vezes instalam hastes a 6 metros ou mais, acoplando várias seções.

Nossas hastes revestidas de cobre possuem uma luva de acoplamento que permite a junção de seções em campo. Uma haste de 3 metros com uma extensão de 1,5 metro atinge 4,5 metros. O acoplamento mantém a especificação de retilineidade (erro de 1 mm/m ou menos) ao longo da junta, de modo que a haste não sofra flambagem durante a cravação.

Diâmetro

O diâmetro da haste de aterramento afeta tanto a durabilidade mecânica durante a instalação quanto a vida útil em relação à corrosão a longo prazo. Uma haste de 14,2 mm (5/8 de polegada) é adequada para a maioria das instalações residenciais e comerciais de pequeno porte, onde uma furadeira de impacto ou parafusadeira é utilizada para a instalação. Uma haste de 25 mm (3/4 de polegada) suporta as maiores cargas mecânicas necessárias para a instalação em solos compactados ou rochosos e oferece uma área de superfície de cobre maior, proporcionando maior margem de segurança contra a corrosão.

Nossos registros de produção mostram que as hastes de 5/8 de polegada representam a maior parte do volume em projetos de clima temperado (América do Norte, Europa, Ásia Oriental), enquanto as hastes de 3/4 de polegada têm maior demanda em projetos no Oriente Médio e na Austrália, onde a perfuração mais profunda em solos mais duros é comum.

Conjuntos de múltiplas hastes

Quando uma única haste não consegue atingir a resistência de aterramento desejada, adicionam-se hastes. A regra geral é: o espaçamento entre hastes adjacentes deve ser pelo menos igual à profundidade de cravação. Para hastes de 3 metros, utilize um espaçamento mínimo de 3 metros. Esse espaçamento evita que as zonas de redução de resistência ao redor de cada haste se sobreponham excessivamente.

A resistência combinada de um conjunto de múltiplas hastes não é simplesmente a resistência de uma única haste dividida pelo número de hastes. A interação solo-solo reduz a eficiência. Um conjunto de duas hastes atinge cerca de 60% da resistência de uma única haste, e não 50%. Um conjunto de três hastes atinge cerca de 45-50%. Esses são valores aproximados; a proporção real depende da homogeneidade da resistividade do solo e do espaçamento entre as hastes.

Sete defeitos de aterramento encontrados em fichas técnicas devolvidas pelo nosso laboratório de fábrica.

Após mais de 17 anos fabricando produtos de aterramento e dando suporte a projetos em todo o mundo, nossa equipe catalogou defeitos recorrentes de especificação e instalação que aparecem em investigações de garantia e análises pós-projeto em diversos países e setores. Os sete erros abaixo são responsáveis ​​pela maioria das falhas prematuras de hastes e leituras de resistência de aterramento abaixo do esperado que encontramos:

Ignorando o levantamento de resistividade do solo.Às vezes, os engenheiros recorrem a valores de resistividade de solos encontrados em livros didáticos para uma região, em vez de testar o local real. Mesmo dentro de uma mesma propriedade, a resistividade pode variar em até cinco vezes entre a extremidade norte e a extremidade sul devido a padrões de drenagem, histórico de aterro ou profundidade da rocha matriz.

Teste realizado apenas em uma profundidade.Um único teste de Wenner com um espaçamento específico não fornece praticamente nenhuma informação sobre o perfil estratificado do subsolo. É sempre recomendável realizar testes com, no mínimo, três espaçamentos diferentes para identificar camadas condutoras, camadas resistivas e a transição entre elas.

Ignorando as variações sazonais.Realizar testes apenas durante a estação chuvosa pode gerar resultados enganosos. Os sistemas de aterramento devem funcionar nas condições mais secas, quentes e frias que o local possa enfrentar. Recomendamos que nossos clientes façam pelo menos dois testes: um durante a estação chuvosa e outro durante a estação seca.

Subestimar o diâmetro da haste.Utilizar a haste mais fina disponível para minimizar o peso do material pode parecer razoável no papel, mas em solos duros ou rochosos, uma haste fina dobra, entorta ou quebra durante a cravação. Isso desperdiça tempo de instalação e deixa o sistema subdimensionado. Especificamos hastes de 25 mm (3/4 de polegada) para qualquer local com condições rochosas ou compactadas.

Esquecendo o acoplamento.Quando os engenheiros precisam de hastes com 4,5 ou 6 metros de profundidade, às vezes tentam soldar duas seções de haste. A soldagem destrói a camada de cobre na junta, criando um ponto crítico de corrosão que falha em poucos anos. Sempre utilize um acoplamento mecânico projetado especificamente para preservar a continuidade da capa de cobre.

Negligenciar a qualidade da conexão.A melhor haste de aterramento do mundo é inútil se a conexão com o condutor estiver solta, corroída ou feita com metais incompatíveis. Conexões cobre-cobre com soldas exotérmicas ou conectores mecânicos certificados mantêm a integridade a longo prazo. Misturar hastes de cobre com grampos galvanizados em um ambiente úmido cria uma célula de corrosão galvânica que destrói a conexão com o tempo.

Não ler a análise química do solo.A resistividade por si só não prevê a corrosão. Um solo com resistividade moderada (300 ohm-m), mas com alto teor de sulfato e baixo pH, atacará o cobre mais rapidamente do que o esperado. Sempre combine o teste de resistividade com uma análise química do solo (pH, cloretos, sulfatos, teor de umidade) para selecionar o material da haste corretamente.

Nosso laboratório de controle de qualidade em Xinchang realiza um teste de névoa salina (ASTM B117) em cada novo lote de produção de barras revestidas de cobre. Nos últimos 47 lotes (N=47, representando aproximadamente 235.000 barras individuais), a espessura média da camada de cobre medida foi de 0,268 mm, com um desvio padrão de 0,012 mm. Nenhum lote apresentou espessura inferior ao mínimo de 0,254 mm. A duração do teste de corrosão é de 1.000 horas, e nenhum lote apresentou exposição do metal base durante esse período.

Perguntas frequentes

Para conhecer toda a gama de produtos de aterramento fabricados em nossa unidade, visite nosso site.categoria de haste de aterramento e haste de aterramentopágina. Você também pode ler sobreO que é aterramento e por que é importanteprovenientes de recursos mais amplos do setor.