Quais são as vantagens de usar um sistema de aterramento comum na distribuição de energia, e quais precauções devem ser tomadas?

O que é Aterramento Comum?

Aterramento comum refere-se à prática em que o aterramento funcional (de trabalho) do sistema, o aterramento de proteção de equipamentos e o aterramento de proteção contra raios compartilham um único sistema de eletrodos de aterramento. Alternativamente, pode significar que os condutores de aterramento de vários dispositivos elétricos estão conectados juntos e ligados a um ou mais eletrodos de aterramento comuns.

1. Vantagens do Aterramento Comum

• Sistema mais simples com menos condutores de aterramento, tornando a manutenção e inspeção mais fáceis.

• A resistência equivalente de aterramento de múltiplos eletrodos de aterramento conectados em paralelo é menor que a resistência total de sistemas de aterramento separados e independentes. Quando o aço estrutural do edifício ou as armaduras são usados como eletrodos de aterramento comuns—devido à sua resistência inerentemente baixa—as vantagens do aterramento comum se tornam ainda mais pronunciadas.

• Maior confiabilidade: se um eletrodo de aterramento falhar, outros podem compensar.

• Redução no número de eletrodos de aterramento, diminuindo custos de instalação e materiais.

• Em caso de falha de isolamento causando um curto-circuito entre fase e chassi, uma corrente de falha maior flui, garantindo que os dispositivos de proteção operem rapidamente. Isso também reduz a tensão de toque quando as pessoas entram em contato com equipamentos defeituosos.

• Mitiga os perigos de sobretensões por raios.

Teoricamente, para prevenir o retorno de descargas induzidas por raios, o aterramento de proteção contra raios deve ser mantido a uma distância segura das estruturas do edifício, dos equipamentos elétricos e de seus sistemas de aterramento. No entanto, na engenharia real, isso muitas vezes é impraticável. Os edifícios geralmente têm numerosas linhas de utilidades (energia, dados, água, etc.) distribuídas em grandes áreas. Especialmente quando as armaduras de concreto reforçado são usadas como condutores ocultos de proteção contra raios, torna-se virtualmente impossível isolar eletricamente o sistema de proteção contra raios de tubulações do edifício, caixas de equipamentos ou aterramento do sistema de energia.

Nesses casos, recomenda-se o aterramento comum—conectando o neutro do transformador, todos os aterramentos funcionais e de proteção dos equipamentos elétricos, e o sistema de proteção contra raios à mesma rede de eletrodos de aterramento. Por exemplo, em edifícios altos, integrar o aterramento elétrico com o sistema de proteção contra raios forma efetivamente uma gaiola de Faraday usando a estrutura interna de aço do edifício. Todos os equipamentos elétricos internos e condutores ligados a essa gaiola são, assim, protegidos das diferenças de potencial induzidas por raios e do retorno de descargas.

Portanto, ao utilizar a estrutura metálica de um edifício para aterramento, o aterramento comum para múltiplos sistemas não só é viável, mas também vantajoso, desde que a resistência de aterramento total seja mantida abaixo de 1 Ω.

2. Considerações Chave para o Aterramento Comum

Natureza das correntes de aterramento:
O risco associado ao aumento de potencial de solo (GPR) depende da magnitude, duração e frequência das correntes de aterramento. Por exemplo, paraísos ou varões de proteção contra raios podem carregar correntes muito altas durante um raio, mas esses eventos são breves e infrequentes—portanto, o GPR resultante apresenta risco limitado.

No entanto, a resistência de aterramento comum deve atender ao requisito mais rigoroso entre todos os sistemas conectados, idealmente ≤1 Ω.

Em sistemas de distribuição de baixa tensão com neutros solidamente aterrados, o eletrodo de aterramento comum pode carregar correntes de fuga contínuas de todas as cargas conectadas, formando correntes de solo circulantes. Se a resistência de aterramento exceder os limites seguros, pode colocar em risco tanto o equipamento quanto as pessoas.

Além disso, com o uso generalizado de computadores e equipamentos eletrônicos sensíveis, muitas vezes é necessário o aterramento de filtro. Grandes filtros EMI/RFI linha-solo introduzem correntes de fuga capacitivas significativas para a terra, que também contribuem para a corrente total de solo.

Impacto do aumento de potencial de solo nos equipamentos conectados:
Considere, por exemplo, uma unidade compacta de subestação interna. Tradicionalmente, o neutro do transformador, a caixa metálica e o chassi dos equipamentos de carga eram todos conectados a um aterramento comum. Enquanto isso, os paraísos frequentemente tinham um aterramento separado para evitar um aumento perigoso de potencial durante a descarga.

No entanto, se um dispositivo de carga desenvolver uma falha de isolamento e vazar corrente, toda a corrente de loop de falha flui através do eletrodo de aterramento comum, elevando o potencial de solo local—and, consequentemente, a tensão do invólucro do quadro de distribuição. Se o pessoal de manutenção abrir a porta do gabinete nessas condições, corre o risco de choque elétrico. Tais incidentes ocorreram repetidamente.

Como resultado, a prática moderna muitas vezes isola o aterramento funcional (por exemplo, neutro do transformador) do aterramento de proteção e de raios em subestações internas—mesmo que isso aumente a complexidade da instalação.

3. Normas e Regulamentos Relevantes (China)

• De acordo com as normas atuais da indústria de energia elétrica chinesa:

• Para instalações elétricas de Classe B, se o transformador de distribuição fornecedor não estiver localizado em um edifício contendo equipamentos de Classe B, e seu lado de alta tensão opera em um sistema não aterrado, aterrado por bobina de Petersen (bobina de extinção de arco) ou aterrado por alta resistência, então o aterramento de trabalho do sistema de baixa tensão pode compartilhar o mesmo eletrodo de aterramento que o aterramento de proteção do transformador, desde que a resistência de aterramento satisfaça R ≤ 50/I (Ω) e R ≤ 4 Ω.

• Para instalações elétricas de Classe A operando em sistemas efetivamente aterrados, o aterramento de trabalho do transformador deve estar localizado fora da grade de aterramento de proteção—ou seja, o aterramento comum não é permitido.

• Se o transformador de distribuição for instalado dentro de um edifício com instalações elétricas de Classe B, e seu lado de alta tensão usa aterramento de baixa resistência, então o aterramento de trabalho de baixa tensão pode compartilhar o aterramento de proteção se:

• A resistência de aterramento atende a R ≤ 2000/I (Ω), e

• O edifício implementa um sistema de equipotencialização principal (MEB).

• Além disso, para sistemas acima de 1 kV classificados como sistemas de corrente de curto-circuito de aterramento grande, o aterramento comum é permitido se a limpeza rápida de falhas for garantida, mas a resistência de aterramento deve ser < 1 Ω.

• O aterramento de proteção de transformadores de distribuição em instalações de Classe A pode compartilhar o mesmo eletrodo de aterramento que o aterramento associado aos paraísos.

4. Conclusão

A experiência prática mostra que, em sistemas de distribuição de baixa tensão públicos, onde a separação completa de sistemas de aterramento muitas vezes é inatingível, o aterramento comum—combinando aterramento de trabalho, de proteção e contra raios—é mais seguro, econômico, simples de instalar e fácil de manter.

Para mitigar os riscos potenciais do aterramento comum, os engenheiros devem:

• Utilizar plenamente o aço estrutural do edifício como eletrodo de aterramento natural,

• Manter a resistência total de aterramento abaixo de 1 Ω, e

• Implementar uma equipotencialização abrangente em toda a instalação.

Essas medidas minimizam efetivamente os perigos e garantem a operação segura e confiável de instalações elétricas modernas.