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O seguinte texto aborda alguns tópicos importantes de sistemas de aterramento de sistemas de potência e para equipamentos eletrônicos sensíveis.

Tipos de aterramento

1. aterramento do sistema (funcional e proteção): aterramento de alguma parte do sistema elétrico, usualmente o neutro do sistema. O aterramento do neutro proporciona um caminho de baixa impedância à terra permitindo que correntes de falta possam sensibiliar dispositivos de proteção capazes de remover a falta do sistema.
2. aterramento de equipamentos (proteção): aterramento de todas as partes metálicas de equipamentos e máquinas visando a segurança das pessoas.
3. aterramento de equipamentos eletrônicos (funcional): obtenção do sinal de referência estável e com a menor quantidade de ruídos possível.

Simbologia para classificação de esquemas de aterramento segundo a NBR 5410

a) primeira letra: situação da alimentação em relação à terra:
T - neutro da fonte diretamente aterrado
I - neutro da fonte aterrado através de uma impedância

b) segunda letra: situação das massas em relação à terra:
T - massas diretamente aterradas
N - massas conectadas ao aterramento da alimentação

c) outras letras: diposição do condutor neutro e do condutor de proteção:
S - neutro e condutor PE em condutores separados
C - neutro e condutor PE combinados em um único condutor (condutor PEN)

A alimentação em relação à terra

Efetivamente aterrado

Aterramento através de uma impedância suficientemente pequena tal que para todas as condições do sistema, a razão entre a reatância de seqüência zero e a reatância de seqüência positiva (X₀/X₁) seja positiva e menor que 3 e que a razão entre a resistência de seqüência zero e a reatância de seqüência positiva (R₀/X₁) seja positiva e menor que 1.

O aterramento sólido consiste na conexão do neutro do gerador e transformador diretamente à terra. Neste esquema de aterramento, não há impedância de seqüência zero devido ao fato de Z_n ser muito pequeno (idealmente, zero).
São considerados eficientes, aterramentos sólidos cuja corrente de curto-circuito fase-terra seja, no mínimo, 60% da corrente de curto-circuito trifásica. Em termos de resistência e reatância, o aterramento é eficiente somente se R_o <=X₁ e Xo <=3X₁.

Nestes sistemas, harmônicas de ordem três tendem a circular pelo neutro.

Vantagens de sistemas não aterrados

Uma falta fase-terra no sistema causa apenas uma pequena corrente à terra; portanto, o sistema pode continuar em operação com a falta à terra presente melhorando a cotinuidade do sistema. Mais vantajoso economicamente, pois elimina gastos com o sistema de aterramento e também de maior continuidade/robustez, mas de menor segurança: malhas de aterramento bem dimensionadas podem favorecer uma proteção adequada contra as perturbações provenientes de descargas atmosféricas, entre outros casos.

Aterramento através de resistência

Neste tipo de aterramento, o neutro é conectado à terra através de um ou mais resistores.
Vantagens:

• Redução dos níveis de curto-circuito fase-terra que proporciona uma série de vantagens como redução de esforços mecânicos do sistema e redução dos efeitos térmicos em caso de curto-circuito
• Maior segurança pessoal em caso de contato com partes vivas
• Controle seguro de sobre-tensões

Há dois métodos de aterramento através de uma resistência: utilizando-se um valor de resistência de modo que a corrente de falta seja alta e que algum mecanismo de proteção elétrica interrompa a falta imediatamente ou utilizando-se um valor de resistência considerável limitando a corrente a um valor que possa ser detectado, mas que mantenha o sistema em operação (este método de aterramento não requer que a falta seja resolvida imediatamente).

Aterramento através de uma reatância

Neste tipo de aterramento, uma reatância é adicionada entre o neutro e a terra. Neste sistema, a corrente de falta fase-terra deve ser, no mínimo, 25% e preferencialmente, 60% do valor da corrente de falta trifásica para impedir transitórios de sobretensão (X_o <= 10X_i). Portanto, neste método, o nível da corrente de falta será elevado.

Localização do sistema de aterramento

O sistema de aterramento deve estar sempre localizado na fonte de potência elétrica. Outros pontos do sistema não são recomendados devido a problemas causados por múltiplos caminhos para terra e risco de insegurança por falta de controle adequado (profissional) do sistema de aterramento.

Para sistemas com múltiplas fontes, cada uma delas deve ter aterramento através de uma impedância ou não. Um único ponto de aterramento pode ser comum a mais de uma única fonte ou transformador contanto que elas estejam suficientemente próximas.

Detecção de falta à terra

A utilização de um dispositivo de proteção de sobrecorrentes na fase para a detecção de uma falta à terra nem sempre é o mecanismo ideal porque a falha à terra pode resultar em correntes de falta menores do que os valores ajustados na proteção de sobrecarga na fase. Além disso, o atraso na proteção do sistema no caso de falhas à terra pode resultar na danificação de algum equipamento.
A detecção de uma falta à terra pode ser efetuada de três maneiras:
•    Análise da corrente no sistema de aterramento, aplicável apenas nos geradores ou transformadores de potência e sua detecção é feita através de sensores de corrente.
•    Análise da corrente de seqüência zero. Pode ser aplicada quando o condutor de aterramento não está acessível. Esta configuração é semelhante ao utilizado em dispositivos DR: as três fases e o condutor neutro envolvidos por um dispositivo magnético para a detecção de correntes de seqüência zero.
•    Corrente diferencial, semelhante ao caso anterior com a utilização de transformadores de corrente (soma vetorial das correntes das três fases e o neutro, caso este houver).

Equipamentos eletrônicos sensíveis

O aterramento do "sinal comum" , também conhecido como sinal de referência: a referência zero do sistema para linhas de dados e outros sinais em geral representa o neutro sensível do sistema. Esta referência do sistema é muito sensível a transitórios de tensão e, por isso, requer um ponto de referência estável em relação a tensão de alimentação.

De fato, é desejável manter o aterramento do sinal de referência isolado do aterramento do sistema elétrico de distribuição, mas devido a dificuldade em se manter um sistema de aterramento de sinal com qualidade e imune aos efeitos do aterramento principal, a NBR 5410 estabelece que os mesmos devem estar conectados em um ponto específico conhecido como BEP, Barramento de Eqüipotencialização Principal. Não se deve manter os dois aterramentos isolados ou conectá-los em outro lugar do sistema após o BEP.

Resistência à terra

A resistência de aterramento é conseqüência dos seguintes componentes:

1. resistência do metal (eletrodo) de aterramento
2. contato resistivo entre o eletrodo e o solo
3. resistência de terra

Apenas os dois primeiros podem ser negligenciados para propósitos práticos. Adicionando-se mais eletrodos de aterramento pode-se reduzir a resistência da terra contanto que estes estejam suficientemente distantes tal que a área superficial do cilindro imaginário que envolve cada eletrodo de aterramento não sejam sobrepostos.

Corrosão de eletrodos

A corrosão galvânica é causada por metais diferentes conectados eletricamente formando-se uma célula galvânica. Nessas condições, cinco fatores determinam a taxa de corrosão:

1. diferença de potencial entre os dois metais
2. área exposta dos dois metais
3. resistência do eletrodo de aterramento
4. resistência do circuito externo
5. correntes de surto entre o eletrodo e elementos externos

O cobre, um metal nobre, pode sofrer corrosão caso elementos de aço estejam próximos (potencial de 0,38V causando uma corrente do ferro para o solo até a haste de cobreada). Esta corrente será limitada pela resistência da terra e, por isso, a distância entre os materiais deve ser a maior possível.

Conexões entre os eletrodos e os condutores de aterramento deve ser feita através de uma das seguintes técnicas:

1. dispositivos mecânicos
2. solda exotérmica
3. conexões por compressão

Referências

• IEEE Recommended Practice for Grouding of Industrial and Commercial Power Systems
• NBR 5410:2004