Aterramento e equipotencialização

Existem muitos mitos a respeito do aterramento elétrico e da equipotencialização, baseados em conhecimentos empíricos presentes no cotidiano até mesmo de alguns profissionais do setor elétrico. Essas crenças vão desde sua execução, suas finalidades, até sua real necessidade. O artigo, nas suas poucas entrelinhas, não buscará esclarecer e nem mesmo citar cada uma das muitas crendices, mas sim discutir um pouco sobre o tema, incentivando o leitor a pesquisar e construir por si um conhecimento baseado em fontes confiáveis.

O que é aterramento?

O aterramento é o método pelo qual se coloca uma instalação ou equipamento no mesmo potencial elétrico da terra (solo). O solo é utilizado como potencial de referência ou zero (0V) para os sistemas elétricos porque naturalmente é um caminho para o escoamento de correntes elétricas. Portanto, um sistema estará aterrado quando a ele for acrescentado elementos que o interligue com solo de forma a não permitir o surgimento de diferenças significativas de potencial elétrico entre estes.

Quando um equipamento qualquer que produza ou funcione com eletricidade, ou ainda que sirva de suporte para os cabos que transmitem e distribuem a eletricidade, sofrem uma falha na isolação, irá surgir a chamada tensão de contato, que expõem as pessoas ao risco eminente de um choque elétrico. Outra situação de risco surge com as descargas atmosféricas (raios), que energizam o solo formando gradientes de tensão durante o escoamento da elevada corrente elétrica, expondo as pessoas à chamada tensão de passo, bem como os equipamentos elétricos a surtos de tensão. Esses riscos são minimizados quando um sistema de aterramento é corretamente dimensionado e executado. Assim conclui-se que a principal finalidade do aterramento é a PROTEÇÃO das pessoas e instalações. Outra finalidade seria o bom funcionamento e desempenho dos equipamentos da instalação.

O que é equipotencialização?

Práticas como o aterramento individual de equipamentos visando redução de custos, ou a criação de sistemas distintos de aterramento para uma mesma instalação caíram em desuso quando estudos  comprovaram que a interligação de todas as massas de equipamentos tornava o sistema de aterramento muito mais eficiente. Essa interligação pode ser feita usando cabos elétricos que percorram toda a instalação ou ainda através de uma malha sob o terreno da mesma. Esse procedimento chamado  equipotencialização, garante que todos os equipamentos estarão com suas massas no mesmo potencial,  evitando o surgimento de diferenças de potencial entre eles e aumentando a quantidade de  caminhos de escoamento para correntes de faltas.

Características dos sistemas de aterramento

O aterramento individual é usado para  prover a referência de terra à massa de um só equipamento. É aplicado quando o equipamento é crítico, por oferecer maior risco de falhas na isolação ou necessitando de uma maior proteção contra surtos e transitórios. Seu uso mais comum dá-se em instalações antigas que não dispõem de aterramento, ou quando o equipamento está a uma grande distância dos demais ou da fonte, tornando o uso de cabos de proteção mais oneroso. O aterramento em grupo é usado para prover referência de terra à massa de um conjunto de equipamentos próximos. Tem uso comum em empresas que possuem linhas de produção separadas por setores distantes entre si. O aterramento temporário é empregado em operações de manutenção em instalações e equipamentos elétricos, conectando toda a rede condutora diretamente à terra. Esse procedimento é realizado após a desenergização e verificação do sistema, em pontos anteriores e posteriores ao que receberá a intervenção. Isso garante a segurança das pessoas envolvidas.

A malha de aterramento é composta por um conjunto de eletrodos metálicos encravados no solo devidamente espaçados e interligados por cabos condutores. Dessa forma ela torna uniforme o potencial elétrico do solo da área, evitando o surgimento de diferenças de potencial, e facilitando o escoamento de correntes elétricas oriundas de falhas ou surtos, além de simplificar o processo de equipotencialização da instalação. Deve ser implantada sob o solo onde serão instalados os equipamentos. As interconexões precisam ser muito bem executadas com solda exotérmica ou conectores apropriados para garantir a continuidade do circuito, já que este ficará inacessível. 

Elementos constituintes do sistema de aterramento

O sistema de aterramento é composto basicamente por alguns elementos principais. O eletrodo, conhecido comumente como haste de aterramento, é um elemento metálico de aço galvanizado ou cobreado, introduzido verticalmente no solo. Este tem comprimentos comerciais padronizados, mas alguns tipos permitem o prolongamento através de hastes rosqueáveis. O condutor de aterramento é o elemento utilizado para interconexão entre eletrodos. São de cobre nu, com secções transversais padronizadas, que devem ser dimensionadas para suportar as correntes de faltas da instalação. Regulações normativas estabelecem os valores mínimos de secção para diferentes tipos de instalações. O condutor de proteção é um cabo utilizado para ligação das massas dos equipamentos aos terminais de aterramento. As seções minimas também são regulamentadas por norma. As conexões são elementos metálicos usados nas derivações do sistema, podendo ser conectores aparafusáveis, prensáveis ou soldáveis.

Esquemas de aterramento e proteção

Existem três tipos básicos de esquemas de aterramento, identificados de acordo com a forma que a fonte de alimentação e as cargas são conectadas à terra. Uma simbologia foi convencionada para facilitar a distinção entre os diferentes esquemas.

A primeira letra indica a maneira que a fonte está ligada à terra, onde:

⇾ T - Indica que um ponto da alimentação está diretamente conectada à terra;

⇾ I - Indica que há um ponto aterrado por uma impedância ou que não há conexão com a terra.

A segunda letra indica as características do aterramento das cargas, onde:

⇾ T - Indica que um ponto da massa da carga está diretamente conectada à terra;

⇾ N - Indica que a massa da carga não está diretamente ligada à terra, mas usa o aterramento da fonte através do condutor de neutro (PN) ou de um condutor isolado (PE);

⇾ I - Indica que a carga está isolada, ou seja, não possui aterramento.

Existe ainda uma terceira letra usada para especificar a forma como as massas das cargas estão usando o aterramento da fonte, quando a ligação entre elas se dá através de um condutor PN ou PE, onde:

⇾ C - Usa um condutor comum, o aterramento da carga é feito usando o próprio condutor de neutro PN;

⇾ S - Usa um condutor separado, o aterramento da carga é feito usando um condutor de proteção PE.

Dessa forma, podemos listar as principais combinações para esquemas de aterramento e apresentar suas características:

⇾ TN-C: O condutor de neutro e terra são combinados em um só. Nesses casos sempre existe uma tensão de contato na massa da carga, e no caso de falha na conexão do cabo de neutro, toda a tensão da fonte estará na massa da carga. Esse esquema de aterramento oferece um alto risco para as pessoas;

⇾ TN-S: Os condutores de neutro e de terra são distintos. Nesses casos, sempre que o aterramento for bem executado não haverá tensão de contato nas massas, inclusive no caso de rompimento do cabo de neutro. Outra vantagem é quem em caso de falhas na isolação da carga, a corrente fluirá pelo cabo PE e evitará a energização da massa;

⇾ T-T: Nesse esquema, a fonte de alimentação e a massa da carga estão ligadas à terra por cabos e eletrodos independentes. Nesse caso tanto o aterramento da fonte quanto o da massa da carga precisam ser bem executados para garantir o escoamento das correntes de falta e evitar que surjam tensões de contato;

⇾ I-T:  Nesse esquema, a fonte de alimentação ou não está conectada à terra, ou essa ligação e feita através de uma impedância, e a massa da carga está ligada à terra através de cabos e eletrodos independentes. Em caso de falhas na isolação ou faltas, surgirão tensões de contado e a corrente muitas vezes não é alta o suficiente para fazer o disjuntor de proteção atuar. Isso coloca as pessoas em risco.

Resistividade do solo e resistência de aterramento

Como citado anteriormente, o solo conduz a eletricidade, porém oferece uma resistência à passagem da corrente que dependerá de alguns fatores intrínsecos ou ocasionados pela adição de elementos. A resistividade está ligada aos elementos intrínsecos como homogeneidade e composição do solo. Existem fatores que influenciam na resistividade como a composição química, umidade e temperatura,  por isso é tão importante conhecer as características  do solo da localidade onde será implantado o sistema de aterramento.

A resistência do aterramento compreende a soma das resistências de alguns dos elementos do sistema, visto que alguns deles possuem resistências desprezíveis quando se analisa o todo. Assim podemos relativar como sendo a influência de três fatores a saber: A resistência entre as conexões de eletrodos e cabos, a resistência entre os eletrodos e a superfície do solo em torno destes, e a resistência do solo propriamente dita, como citado anteriormente.

Os métodos para medição de resistência de aterramento, resistividade do solo, técnicas de tratamento químico do solo e sistemas de aterramento que compõem SPDA's não serão debatidos aqui, já que merecem um maior detalhamento, ficando para outros artigos. 

Riscos de acidentes domésticos

Nas residências, onde o sistema elétrico geralmente não recebe a devida atenção desde a sua concepção, o aterramento não é visto como algo primordial, já que a maioria dos equipamentos sequer oferecem uma forma de conexão com a terra. Quando soma-se isso à falta de manutenção nos equipamentos e a desinformação ou displicência das pessoas, acidentes tornam-se corriqueiros com lesões graves e até óbitos.

O padrão brasileiro de tomadas, muito criticado inclusive por profissionais da elétrica, guarda uma evolução que o torna um dos melhores do mundo. Ele além de possuir um recuo para as partes vivas, oferece uma conexão para ligação à terra, que deve ser preferencialmente usando com o esquema TN-S. No mesmo sentido, a norma regulamentadora brasileira estabelece a obrigatoriedade do uso do aterramento em residências, ao mesmo tempo em que indica o uso do dispositivo diferencial residual DR para algumas áreas. Caso as instalações novas seguissem rigorosamente a norma, e as instalações antigas passassem por um retrofit, os riscos de acidentes seriam mitigados. Percebe-se então o aterramento como parte importante também em instalações residencias.

Agradecemos aos que chegaram até aqui, tendo seu primeiro contato ou simplesmente revisando alguns conceitos de aterramento elétrico e equipotencialização. Convidamos a ler os demais artigos e acompanhar as novas publicações.

Indicação de leitura:

• Instalações Elétricas Industriais - João Mamede Filho
• NBR-5410: Instalações Elétricas de Baixa Tensão