Resistividade térmica do solo: a causa oculta de falhas em cabos subterrâneos

Em dezembro de 2019, um circuito coletor de um complexo eólico no Nordeste sofreu um curto-circuito fase-terra que tirou parte da planta de operação. A investigação mostrou que o problema não estava na qualidade dos cabos, nem em surtos de tensão, mas em algo menos visível: a resistividade térmica do solo.

As inspeções revelaram fissuras, fusões entre capas de cabos e escurecimento da isolação, indicando operação acima do limite térmico de 90°C. Comparando cabos em uso com cabos novos, ficou claro que havia degradação térmica, não envelhecimento natural.

O que o estudo de caso mostrou

Ao revisar o projeto da rede coletora subterrânea (cabos de 34,5 kV ligando aerogeradores de 3 MW à subestação), três pontos se destacaram:

• Espaçamento entre cabos: em campo, havia trechos com apenas 19 cm entre trifólios, embora o projeto previsse 30 cm, reduzindo a dissipação de calor.
• Temperatura do solo: o cálculo considerou 20°C, mas medições a 90 cm indicaram cerca de 28°C.
• Resistividade térmica do solo: o projeto usou 1,0–1,5 K·m/W, enquanto o solo arenoso apresentava 2,5 K·m/W ou mais.

Quando os engenheiros simularam o comportamento térmico com os valores reais de temperatura e resistividade térmica do solo, a temperatura dos condutores ultrapassava o limite admissível, mesmo sem sobrecarga elétrica. Ou seja: o sistema estava termicamente subdimensionado.

Por que a resistividade térmica do solo é tão crítica?

A resistividade térmica do solo mede quanto o solo resiste à passagem de calor. Quanto maior esse valor, pior o solo dissipa o calor gerado pelos cabos, que acabam operando mais quentes.

• Solos úmidos e bem compactados → menor resistividade térmica.
• Solos arenosos, secos e pouco compactados → maior resistividade térmica, muitas vezes acima de 2,5 K·m/W.

Em redes subterrâneas longas, típicas de parques eólicos e solares, subestimar a resistividade térmica do solo significa superestimar a ampacidade dos cabos e criar um risco permanente de sobreaquecimento.

Erros mais comuns em projetos

Entre os erros recorrentes estão:

• Usar valores genéricos de solo (ex.: 1,0 K·m/W) sem medição em campo;
• Assumir temperatura de solo otimista (20°C) em regiões onde o solo pode estar bem mais quente;
• Não considerar corretamente o efeito de agrupamento de vários circuitos na mesma vala;
• Deixar de especificar backfill termicamente estável e critérios de compactação;
• Diferença entre o que o projeto define e o que é realmente executado em campo (como o espaçamento de 30 cm que vira 19 cm).

Boas práticas para evitar falhas

Para reduzir o risco de falhas em cabos subterrâneos, especialmente em usinas renováveis:

• Meça a resistividade térmica do solo em diversos pontos e profundidades, em vez de assumir valores padrão;
• Considere uma temperatura de solo realista no cálculo térmico (IEC 60287);
• Modele cenários críticos: solo seco, alta resistividade térmica, múltiplos circuitos próximos;
• Especifique backfill adequado e compactação mínima em projeto;
• Fiscalize o espaçamento real entre cabos e as condições da vala durante a obra.

Conclusão

O caso do parque eólico no Nordeste mostra que a confiabilidade de sistemas subterrâneos depende não só do cabo e da instalação, mas da forma como tratamos o solo como parte do sistema. Por isso, ignorar a resistividade térmica do solo pode transformar um projeto aparentemente correto em uma fonte constante de falhas, perdas de energia e aumento de custos.

Projetos que levam o solo a sério, medindo, especificando e verificando suas propriedades térmicas, têm redes coletoras mais seguras, eficientes e lucrativas ao longo de toda a vida útil da usina.