RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO 1 – FUNDAMENTOS Ate Aterr rra ar um um equipa ipamento elétr létric ico o, ou ou um um componente de de determ termin ina ado sis siste tem ma elé elétr tric ico o, con consiste iste em lig ligá-lo -lo eletricamente à terra por meio de dispositivos apropriados. As As fin finalid lidades de um siste istem ma de aterr terra amento são: a) Proporcionar uma baixa resistência de aterramento; b) Manter valores de tensão carcaça-terra e estrutura-terra dentro do nível de segurança para as pessoas, no caso de as partes metálicas da carcaça (ou estrutura) serem acidentalmente energizadas; c) Proporcionar um caminho de escoamento para terra das descargas atmosféricas ou sobretensões devidas a manobras de equipamentos; d) Permitir que os equipamentos de proteção isolem rapidamente as falhas à terra; e) Diminuir os valores de tensão fase-terra do sistema, fixando a tensão de isolação a valores determinados; f)
Proporcionar o escoamento para a terra da eletricidade estática gerada por equipamentos ou por indução, evitando faiscamento.
Na prática os sistemas de aterramento são classificados em dois tipos: a) Ate Aterr rra amento de segurança; e b) Ate Aterr rra amento de serviço iço (ou (ou aterr terra amento fun funcion ional). l). Os aterramentos de segurança objetivam evitar acidentes com as pessoas, no caso de as partes aterradas serem energizadas acidentalmente. É o caso do aterramento da carcaça dos motores elétricos, do aterramento das partes metálicas não-energizadas das instalações elétricas, etc. Os aterramentos de serviço têm por objetivo a melhoria dos serviços elétricos. É o caso do aterramento do ponto neutro dos transformadores trifásicos ligados em estrela, do aterramento do fio neutro das redes de distribuição de energia elétrica, etc. 2 – ELETRODO DE ATERRAMENTO Para se efetivar o necessário aterramento elétrico, toda edificação deve dispor de uma infra-estrutura de aterramento, denominada “eletrodo de aterramento”, sendo admitidas as seguintes opções:
a) Preferencialmente, uso das próprias ferragens das fundações da edificação. Neste caso, as ferragens são consideradas eletrodos naturais de aterramento. b) Uso de fitas, barras ou cabos metálicos, especialmente previstos, imersos no concreto das fundações. Neste caso, a fita, barra ou cabo deve ser envolvido por uma camada de concreto de no mínimo 5 cm de espessura, a uma profundidade de no mínimo 0,5 m, formando um anel em todo o perímetro da edificação. c) Uso de malhas metálicas enterradas, no nível das fundações, cobrindo a área da edificação e complementadas, quando necessário, por hastes verticais e/ou cabos dispostos radialmente (“pés-degalinha”). d) No mínimo, uso de anel metálico enterrado, circundando o perímetro da edificação e complementado, quando necessário, por hastes verticais e/ou cabos dispostos radialmente (“pés-de-galinha”). Basicamente, um aterramento é constituído pelos elementos mostrados na Figura 1.
Figura 1 – Elementos de um aterramento.
O eletrodo de aterramento, portanto, é o conjunto de hastes de aterramento e os condutores enterrados que interligam essas hastes. Os materiais dos eletrodos de aterramento e as dimensões desses materiais devem ser selecionados de modo a resistir à corrosão e apresentar resistência mecânica adequada. Sob o ponto de vista desses requisitos, a Tabela 1 indica alguns desses materiais, juntamente com suas dimensões mínimas estabelecidas em normas técnicas.
Tabela 1 – Materiais comumente utilizados em eletrodos de aterramento.
Dimensões mínimas Material
Aço
Superfície
Zincada a quente ou inoxidável Revestida de cobre
Cobre
Nu
Forma Fita Haste de seção circular Cabo de seção circular Cantoneira Haste de seção circular Fita Cabo de seção circular Cordoalha Tubo
Diâmetro (mm)
Seção (mm2)
Espessura do material (mm)
-
100
3
Espessura média do revestimento (µm) 70
15
-
-
70
-
95
-
50
-
120
3
70
15
-
-
254
-
50
2
-
-
50
-
-
1,8 cada veia 20
50 -
2
-
As hastes de aço são normalmente fornecidas nos comprimentos de 2,40 m e 3,0 m. Não se admite o uso de canalizações metálicas de água nem de outras utilidades como eletrodo de aterramento. 3 – RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO A fim de desempenhar satisfatoriamente a sua finalidade, o eletrodo de aterramento deve apresentar baixa resistência, possibilitando que uma corrente elétrica que a ele chegue possa facilmente se escoar para a terra circunvizinha. Assim, a resistência de aterramento é a oposição oferecida à passagem da corrente elétrica, do eletrodo de aterramento para a terra circunvizinha. Essa resistência tem três componentes fundamentais: a) A resistência elétrica do próprio eletrodo de aterramento; b) A resistência de contato entre o eletrodo de aterramento e a terra que o envolve; e c) A resistência da terra circunvizinha, a qual depende da natureza, da temperatura e do estado do solo. Tanto mais eficiente será o aterramento quanto menor for sua resistência. Em instalações de grande porte, centrais elétricas, subestações etc., é desejável que o sistema de aterramento tenha resistência abaixo de 5Ω. Em redes de distribui ção de energia elétrica é recomendável o valor de 10Ω para resist ência de aterramento, sendo aceitável o limite máximo de 25Ω. A determinação do valor da resistência de aterramento é feita por medição. A primeira medição deve ser feita logo após a execução do aterramento. Outras medições devem ser feitas periodicamente, para acompanhamento do desempenho do aterramento ao longo do tempo.
4 – MELHORIA DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Quando a medição indicar valor elevado da resistência de aterramento, pode-se modificar o aterramento para reduzir esse valor. Para isso, adota-se um ou vários dos seguintes métodos: a) Aprofundamento das hastes de aterramento – consiste em emendar as hastes de aterramento, à medida que vão sendo cravadas. É bastante usual o emprego de haste do tipo copperweld, providas de roscas nas extremidades e emendadas por luvas apropriadas; b) Aumento da quantidade de hastes em paralelo – as hastes são cravadas no solo e interligadas por meio de cabo de cobre nu, dispostos cerca de 50 a 60 cm abaixo do nível do solo. Esse conjunto está mostrado na Figura 2, em planta e em corte. O afastamento entre duas hastes deve ser, no mínimo, igual ao comprimento da haste.
Figura 2 – Aumento da quantidade de hastes.
c)
Tratamento químico do solo: O tratamento químico do solo pode ser efetuado com bentonita ou gel. Em ambos os casos, a aplicação deve seguir os procedimentos recomendados pelo fabricante.
d) Método misto Uma combinação dos métodos anteriores pode ser adotada para se obter a melhoria da resistência de aterramento pretendida. Observações: Embora o aumento do diâmetro da haste possa conduzir a uma redução da resistência de aterramento, esse método normalmente não é empregado por ser considerado desvantajoso economicamente. Não devem ser utilizados sal (cloreto de sódio) e carvão no eletrodo de aterramento.
5 – CURVA DE DISTRIBUIÇÃO DOS POTENCIAIS ENTRE DOIS ELETRODOS Considera-se, na Figura 3, dois eletrodos de aterramento, X e B, separados entre si cerca de 20 m. A haste C é um eletrodo auxiliar, que pode ser deslocado a partir de X ao longo da reta XB, de metro em metro. Em cada ponto que a haste C é fincada à distância d de X, faz-se a correspondente leitura do voltímetro.
Figura 3 – Disposição dos eletrodos para obtenção da resistência de aterramento.
A variação dos potenciais entre dois eletrodos X e B é mostrada pela curva da Figura 4, obtida tomando-se as distâncias d no eixo horizontal e as correspondentes leituras do voltímetro no eixo vertical. A reta D’F’, paralela ao eixo horizontal, corresponde à região DF, de potencial constante. Nesta região, as leituras de V não variam. A reta de D’F’ é chamada de patamar e se situa em torno do ponto médio entre os eletrodos X e B.
Figura 4 – Comportamento da tensão em função da distância do eletrodo C em relação ao eletrodo X.
Para fazer passar a corrente I do eletrodo de aterramento X para a terra circunvizinha, foi necessário aplicar a ddp (diferença de potencial) VXH. Conclui-se, pois, que a resistência de terra RX do aterramento X será: R X
V XH I
Observe-se que: R B
V GM I
.
Portanto: R X R B
V BM I
Em um terreno homogêneo ter-se-ia VXH igual a VGM e, em consequência, a curva da Figura 4 seria simétrica em relação à horizontal que contém D’F’. Na realidade, o solo é um elemento totalmente heterogêneo e sua resistência varia conforme o material de que é composto, a profundidade de suas camadas e a idade de sua formação geológica. 6 – MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERAMENTO A medida de resistência de aterramento, RX, fundamenta-se na curva de distribuição de potenciais entre dois eletrodos de aterramento, conforme foi abordado no item anterior. Temos, basicamente, um ponto na terra onde se “injeta” corrente (terra que se deseja medir) e um ponto do qual se “retira” a corrente injetada (eletrodo auxiliar). A corrente injetada circulará pelas camadas da terra e provocará, na superfície da terra, o aparecimento de tensões que são resultantes do produto da resistência de terra até o ponto de medição, vezes a corrente injetada (lei de Ohm). A medição da resistência de aterramento é realizada normalmente com um aparelho portátil denominado terrômetro, que funciona à bateria. A corrente injetada no solo para se efetuar a medição é uma corrente alternada, gerada internamente no aparelho. O uso de corrente alternada evita a polarização, a corrosão dos eletrodos e o surgimento de tensões residuais. Corrente contínua, quando aplicada a solos de características capacitivas (solos rochosos com fendas, solos com cavernas etc.), carrega eletricamente o solo e a tensão residual resultante irá interferir nas medidas subsequentes. 7 – RECOMENDAÇÕES IMPORTANTES a) As medições devem ser efetuadas em dia no qual o solo se apresente seco, situação esta que é a mais desfavorável para o aterramento. b) As instalações devem estar sempre desenergizadas por ocasião da medição do seu aterramento, tanto para evitar interferências nas medições como para segurança do operador. As interferências podem provir eventuais correntes de fuga circulantes pelo solo. O risco para o operador pode ocorrer no instante da medição, caso ocorra falha na instalação protegida pelo sistema de aterramento e uma corrente intensa circule deste sistema para a terra circunvizinha. Uma parte desta corrente poderá circular pelo condutor que interliga o medidor de terra ao aterramento, com perigo para o operador e /ou instrumento. c) Os eletrodos de medição deverão estar firmemente cravados no solo, proporcionando bom contato com a terra. d) Condutores, conectores e extremidades externas dos eletrodos devem estar em bom estado de conservação e de limpeza. O uso de lixa de madeira é recomendado para retirar toda a sujeira, graxa e /ou oxidação do s eletrodos.
