Métodos de aterramento
Métodos de Aterramento e Tapetes de Aterramento
Nos sistemas elétricos, existem múltiplos métodos de aterramento disponíveis, incluindo aterramento por fio ou tira, aterramento por varão, aterramento por tubo, aterramento por placa e aterramento através da rede de água. Entre estes, o aterramento por tubo e aterramento por placa são os mais comumente utilizados, e serão explorados em detalhe abaixo.
Tapete de Aterramento
Um tapete de aterramento é construído conectando múltiplos varões com condutores de cobre. Esta configuração reduz eficazmente a resistência total de aterramento e desempenha um papel crucial na limitação do potencial do solo. É particularmente adequado para áreas onde se esperam grandes correntes de falha. Ao projetar um tapete de aterramento, vários fatores críticos devem ser cuidadosamente considerados:
Considerações de Segurança
Durante uma condição de falha, a diferença de tensão entre o solo e a superfície do solo deve ser mantida em um nível que não ofereça perigo a indivíduos que possam entrar em contato com as superfícies condutoras não portadoras de corrente do sistema elétrico. Isto garante a segurança do pessoal que trabalha ao redor ou perto da instalação elétrica.
Operação do Relé de Proteção
O tapete de aterramento deve ser capaz de lidar com correntes de falha ininterruptas suficientemente grandes para acionar o relé de proteção. Uma baixa resistência ao solo é essencial para permitir que a corrente de falha flua livremente através do tapete, permitindo que o relé de proteção opere prontamente e isole a seção defeituosa do sistema elétrico.
Prevenção de Correntes Fatais
A resistência do tapete de aterramento deve ser cuidadosamente projetada para prevenir o fluxo de correntes fatais através do corpo de uma pessoa no caso de contato acidental com partes vivas. Este é um requisito de segurança fundamental para proteger vidas humanas.
Limitação de Tensão de Passo
O projeto do tapete de aterramento deve garantir que a tensão de passo - a diferença de potencial entre dois pontos na superfície do solo a uma certa distância - permaneça abaixo do valor permitido. Este valor permitido depende de vários fatores, como a resistividade do solo e as condições de falha necessárias para isolar o equipamento defeituoso do sistema elétrico vivo. Mantendo a tensão de passo dentro de limites seguros, minimiza-se o risco de choque elétrico a indivíduos que caminham perto da instalação aterrada.
Eletrodos de Aterramento
Um eletrodo de aterramento refere-se a qualquer fio, varão, tubo, placa ou conjunto de condutores que é inserido no solo, horizontalmente ou verticalmente. Nos sistemas de distribuição elétrica, uma forma comum de eletrodo de terra é um varão, tipicamente com cerca de 1 metro de comprimento, que é conduzido verticalmente no solo. Este design simples, mas eficaz, ajuda a estabelecer uma conexão confiável entre o sistema elétrico e a terra, facilitando a dissipação segura das correntes de falha.
Em contraste, nas subestações geradoras, em vez de depender de varões individuais, geralmente emprega-se um tapete de aterramento. Um tapete de aterramento consiste em múltiplos condutores interconectados para formar uma rede. Esta abordagem oferece várias vantagens sobre o uso de eletrodos únicos. A maior área de superfície e a natureza interconectada do tapete de aterramento fornecem uma resistência total menor, permitindo-lhe lidar com correntes de falha maiores de forma mais eficaz. Além disso, ajuda a distribuir o potencial elétrico de maneira mais uniforme pela área da subestação, reduzindo o risco de tensões de passo e toque perigosas que poderiam representar uma ameaça ao pessoal e ao equipamento.
Aterramento por Tubo
Entre os diversos métodos de aterramento aplicáveis sob as mesmas condições de solo e umidade, o aterramento por tubo destaca-se como um dos sistemas mais prevalentes e altamente eficazes. Nesta abordagem, um tubo de aço galvanizado com orifícios, conforme especificações aprovadas quanto ao comprimento e diâmetro, é instalado verticalmente em solo que permanece permanentemente úmido, como ilustrado na figura anexa.
A seleção do tamanho do tubo é uma consideração crítica, pois é determinada por dois fatores principais: a magnitude da corrente que o sistema de aterramento precisa conduzir e as características do solo. Pode ser necessário um tubo de maior diâmetro ou um tubo mais longo para lidar com correntes de falha maiores, garantindo que a carga elétrica possa ser dissipada de forma segura e eficiente no solo. Além disso, diferentes tipos de solo têm resistividades elétricas variadas; por exemplo, solos com maior resistividade podem exigir um tubo de maior tamanho para alcançar a conexão de baixa resistência desejada com a terra. Este processo de dimensionamento meticuloso garante a confiabilidade e a segurança do sistema de aterramento por tubo, tornando-o uma escolha preferida para uma ampla gama de instalações elétricas.
Para o aterramento por tubo, a prática padrão determina dimensões específicas para o tubo de aterramento, que variam de acordo com as condições do solo. Geralmente, em solo comum, usa-se um tubo com diâmetro de 40 mm e comprimento de 2,5 metros. No entanto, em solo seco e rochoso, é necessário um tubo mais longo para garantir uma conexão efetiva com a terra. A profundidade em que o tubo é enterrado está diretamente relacionada com o teor de umidade do solo, pois um ambiente mais úmido facilita a condutividade elétrica.
Em uma instalação típica, o tubo é posicionado a uma profundidade de 3,75 metros. Para melhorar seu desempenho, a parte inferior do tubo é rodeada por pequenos pedaços de carvão ou carvão, colocados a aproximadamente 15 cm de distância. Alternam-se camadas de carvão e sal, servindo a propósitos distintos. O carvão aumenta a área de contato efetiva com a terra, enquanto o sal reduz a resistência do solo, coletivamente otimizando a eficiência do sistema de aterramento. Um tubo adicional, com diâmetro de 19 mm e comprimento mínimo de 1,25 metros, é conectado à parte superior do tubo de ferro galvanizado (GI) através de um encaixe redutor. Este tubo secundário desempenha um papel crucial na manutenção da funcionalidade do sistema, especialmente durante condições climáticas adversas.
Durante os meses de verão, o teor de umidade no solo diminui naturalmente, levando a um aumento na resistência do solo. Para contrariar isso, constrói-se uma estrutura de concreto para garantir um fornecimento constante de água. Para manter uma conexão efetiva com a terra, 3 a 4 baldes de água são derramados através de um funil anexado ao tubo de 19 mm de diâmetro, que está conectado ao tubo principal de GI. O fio de aterramento, que pode ser de fio de GI ou tira de fio de GI com uma seção transversal suficiente para transportar correntes de falha de forma segura, é passado através de um tubo de GI de 12 mm de diâmetro, enterrado a aproximadamente 60 cm abaixo da superfície do solo.
Aterramento por Placa
O aterramento por placa envolve o enterro de uma placa de aterramento no solo. A placa pode ser feita de cobre, com dimensões de 60 cm × 60 cm × 3 mm, ou de ferro galvanizado, com dimensões de 60 cm × 60 cm × 6 mm. A placa é posicionada verticalmente, com sua parte superior a uma profundidade de não menos de 3 metros da superfície do solo. Esta profundidade é crítica para garantir um aterramento elétrico confiável, pois permite que a placa faça contato suficiente com o solo, facilitando a dissipação segura de correntes elétricas em caso de falha.
Aterramento por Placa
Ao implementar o aterramento por placa, a placa de aterramento é inserida em camadas auxiliares de carvão e sal, com uma espessura mínima de 15 cm para estas camadas. Esta combinação ajuda a reduzir a resistividade do solo ao redor da placa, melhorando a eficácia do sistema de aterramento. Um fio de aterramento, feito de ferro galvanizado (GI) ou cobre, é então firmemente fixado à placa de aterramento usando porcas e parafusos. Apesar da superior condutividade elétrica do cobre, placas e fios de cobre não são comumente usados para aterramento devido ao seu custo significativamente mais alto em comparação com alternativas de GI. Esta relação custo-benefício torna os materiais de GI a escolha preferida para a maioria das aplicações práticas de aterramento.
Aterramento Através das Redes de Água
O aterramento através das redes de água é outro método de estabelecer uma conexão elétrica com a terra. Nesta abordagem, um fio de GI ou cobre é conectado às redes de água. A conexão é segura usando arame de ligação de aço, que é fixado a um condutor de cobre. Este método aproveita a extensa rede metálica das redes de água, que geralmente têm bom contato com o solo, para fornecer um caminho de baixa resistência para a corrente elétrica em caso de falha. No entanto, este método de aterramento deve cumprir as regulamentações de segurança relevantes e os códigos de encanamento para garantir tanto a segurança elétrica quanto a integridade do sistema de abastecimento de água.
Os canos de água são geralmente construídos de metal e estão enterrados abaixo da superfície do solo, estabelecendo efetivamente uma conexão direta com a terra. Em caso de falha, a corrente que flui através do fio de ferro galvanizado (GI) ou cobre usado para aterramento é canalizada diretamente para o solo através do cano de água. Isto fornece uma via conveniente e frequentemente eficaz para a dissipação de correntes de falha, aproveitando a extensa rede subterrânea do cano de água e sua condutividade inerente como estrutura metálica.
