Métodos de Aterramento
Métodos de Aterramento e Tapetes de Aterramento
Em sistemas elétricos, existem diversos métodos de aterramento disponíveis, incluindo aterramento por fio ou tira, aterramento por haste, aterramento por tubo, aterramento por placa e aterramento através de redes de água. Dentre esses, o aterramento por tubo e o aterramento por placa são os mais comumente utilizados, e serão explorados em detalhes abaixo.
Tapete de Aterramento
Um tapete de aterramento é construído conectando várias hastes com condutores de cobre. Essa configuração reduz efetivamente a resistência total de aterramento e desempenha um papel crucial na limitação do potencial de solo. É particularmente adequado para áreas onde se esperam correntes de falha elevadas. Ao projetar um tapete de aterramento, vários fatores críticos devem ser considerados cuidadosamente:
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-carregadoras do sistema elétrico. Isso garante a segurança das pessoas trabalhando em torno 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 projetada cuidadosamente para evitar o fluxo de correntes fatais através do corpo de uma pessoa em caso de contato acidental com partes sob tensão. Esta é uma exigência fundamental de segurança para proteger vidas humanas.
Limitação de Tensão Passo
O projeto do tapete de aterramento deve garantir que a tensão 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 sob tensão. Mantendo a tensão passo dentro de limites seguros, o risco de choque elétrico para indivíduos caminhando perto da instalação aterrada é minimizado.
Eletrodos de Aterramento
Um eletrodo de aterramento refere-se a qualquer fio, haste, tubo, placa ou conjunto de condutores inseridos no solo, horizontalmente ou verticalmente. Em sistemas de distribuição elétrica, uma forma comum de eletrodo de terra é uma haste, geralmente com cerca de 1 metro de comprimento, que é conduzida 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 de correntes de falha.
Em contraste, nas subestações geradoras, em vez de depender de hastes individuais, muitas vezes é empregado 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 área de superfície maior e a natureza interconectada do tapete de aterramento fornecem uma resistência geral menor, permitindo que ele lide mais efetivamente com correntes de falha maiores. Além disso, ajuda a distribuir o potencial elétrico de forma mais uniforme pela área da subestação, reduzindo o risco de tensões de passo e toque perigosas que poderiam ameaçar pessoal e equipamentos.
Aterramento por Tubo
Dentre os diversos métodos de aterramento aplicáveis sob as mesmas condições de solo e umidade, o aterramento por tubo se destaca como um dos sistemas mais prevalentes e altamente eficazes. Nessa abordagem, um tubo de aço galvanizado com perfurações, conforme especificações aprovadas em relação 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. Um tubo de maior diâmetro ou um tubo mais longo pode ser necessário 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 dimensão para alcançar a conexão de baixa resistência desejada com a terra. Este processo de dimensionamento meticuloso garante a confiabilidade e segurança do sistema de aterramento por tubo, tornando-o uma escolha preferida para uma ampla variedade de instalações elétricas.
Para o aterramento por tubo, a prática padrão estabelece dimensões específicas para o tubo de aterramento, que variam de acordo com as condições do solo. Geralmente, em solos comuns, utiliza-se um tubo com diâmetro de 40 mm e comprimento de 2,5 metros. No entanto, em solos secos e rochosos, é necessário um tubo mais longo para garantir uma conexão eficaz com a terra. A profundidade em que o tubo é enterrado está diretamente relacionada ao conteúdo de umidade do solo, já que 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 base do tubo é cercada por pequenos pedaços de carvão ou carvão vegetal, colocados aproximadamente 15 cm de distância. Camadas alternadas de carvão e sal são empregadas, servindo 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 ao topo do tubo de ferro galvanizado (GI) através de um soquete 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, é construída uma estrutura de concreto armado para garantir um fornecimento constante de água. Para manter uma conexão eficaz com a terra, 3 a 4 baldes de água são vertidos através de um funil anexado ao tubo de 19 mm de diâmetro, que está conectado ao tubo principal GI. O fio de aterramento, que pode ser um fio de GI ou uma tira de fio de GI com seção transversal suficiente para conduzir correntes de falha de forma segura, é passado através de um tubo de GI de 12 mm de diâmetro, enterrado 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 espessura mínima de 15 cm para essas camadas. Esta combinação ajuda a reduzir a resistividade do solo em torno 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 as alternativas de GI. Este custo-benefício faz com que os materiais de GI sejam a escolha preferida para a maioria das aplicações práticas de aterramento.
Aterramento Através de Redes de Água
O aterramento através de redes de água é outro método de estabelecer uma conexão elétrica com a terra. Nessa 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 terminal 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 estar em conformidade com as regulamentações de segurança relevantes e códigos de encanamento para garantir tanto a segurança elétrica quanto a integridade do sistema de abastecimento de água.
As tubulações de água são geralmente construídas de metal e enterradas 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 da tubulação de água. Isso fornece um caminho conveniente e frequentemente eficaz para a dissipação de correntes de falha, aproveitando a extensa rede subterrânea da tubulação de água e sua condutividade inerente como estrutura metálica.
