Aterramento Elétrico Explicado: Métodos, Tipos e Diretrizes de Instalação

Aterramento Elétrico – Componentes, Métodos e Tipos de Aterramento – Instalação de Aterramento Elétrico

Aterramento Elétrico, Grounding, Métodos de Aterramento, Tipos de Aterramento, Componentes de Aterramento e Suas Especificações em Relação ao Aterramento Elétrico para Instalações Elétricas.

O que é Aterramento Elétrico ou Grounding?

Conectar as partes metálicas (condutivas) de um aparelho ou instalação elétrica à terra (solo) é chamado de Aterramento ou Grounding.

Em outras palavras, conectar as partes metálicas de máquinas e dispositivos elétricos à placa de terra ou eletrodo de terra (enterrado no solo úmido) através de um fio condutor grosso (que tem resistência muito baixa) para fins de segurança é conhecido como Aterramento ou Grounding.

Aterrar significa conectar a parte do aparelho elétrico, como revestimento metálico de metais, terminal de terra de cabos de tomadas, fios de estai que não conduzem corrente, à terra. Aterramento pode ser dito como a conexão do ponto neutro de um sistema de alimentação à terra para evitar ou minimizar perigo durante a descarga de energia elétrica.

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Bom Saber

Diferença entre Aterramento, Grounding e Bonding

Deixe-me esclarecer a confusão entre aterramento, grounding e bonding.

Aterramento e Grounding são os mesmos termos usados para aterramento. Grounding é a palavra comumente usada para aterramento nos padrões norte-americanos como IEEE, NEC, ANSI e UL, enquanto Aterramento é usado em países europeus, países da Commonwealth e padrões britânicos como IS e IEC, etc.

A palavra Bonding é usada para juntar dois fios (bem como condutores, tubos ou aparelhos). Bonding é conhecido como conectar as partes metálicas de diferentes máquinas que não são consideradas como conduzindo corrente elétrica durante a operação normal das máquinas, para trazê-las ao mesmo nível de potencial elétrico.

Por Que o Aterramento é Importante?

O propósito principal do aterramento é evitar ou minimizar o perigo de eletrocussão, incêndio devido a vazamento de corrente por caminho indesejado e garantir que o potencial de um condutor que transporta corrente não suba em relação à terra além de seu isolamento projetado.

Quando a parte metálica de aparelhos elétricos (partes que podem conduzir ou permitir passagem de corrente elétrica) entra em contato com um fio vivo, talvez devido a falha de instalações ou falha no isolamento do cabo, o metal fica carregado e carga estática se acumula nele. Se uma pessoa tocar tal metal carregado, o resultado é um choque severo.

Para evitar tais ocorrências, os sistemas de alimentação e partes de aparelhos devem ser aterrados para transferir a carga diretamente à terra. É por isso que precisamos de Aterramento Elétrico ou Grounding em sistemas de instalação elétrica.

Abaixo estão as necessidades básicas do Aterramento.

• Proteger vidas humanas, bem como fornecer segurança a dispositivos e aparelhos elétricos contra corrente de vazamento.
• Manter a tensão constante na fase saudável (se falha ocorrer em qualquer uma das fases).
• Proteger sistema elétrico e edifícios contra raios.
• Servir como condutor de retorno em sistema de tração elétrica e comunicação.
• Evitar risco de incêndio em sistemas de instalação elétrica.

Diferentes Termos Usados em Aterramento Elétrico

• Terra: A conexão adequada entre sistemas de instalação elétrica via condutor à placa enterrada na terra é conhecida como Terra.
• Aterrado: Quando um dispositivo elétrico, aparelho ou sistema de fiação conectado à terra através de eletrodo de terra, é conhecido como dispositivo aterrado ou simplesmente "Aterrado".
• Solidamente Aterrado: Quando um dispositivo elétrico, aparelho ou instalação elétrica é conectado ao eletrodo de terra sem fusível, disjuntor ou resistência/impedância, é chamado de "solidamente aterrado".
• Eletrodo de Terra: Quando um condutor (ou placa condutora) enterrado na terra para sistema de aterramento elétrico. É conhecido como Eletrodo de Terra. Eletrodos de terra têm diferentes formatos, como placa condutora, haste condutora, tubo de água metálico ou qualquer outro condutor com baixa resistência.
• Condutor de Aterramento: O fio condutor ou tira condutora conectada entre eletrodo de terra e sistema de instalação elétrica e dispositivos é chamado de condutor de aterramento.
• Condutor de Continuidade de Terra: O fio condutor, que é conectado entre diferentes dispositivos e aparelhos elétricos, como quadro de distribuição, diferentes tomadas e aparelhos, etc. Em outras palavras, o fio entre condutor de aterramento e dispositivo ou aparelho elétrico é chamado de condutor de continuidade de terra. Pode ser na forma de tubo metálico (total ou parcial), ou bainha metálica de cabo ou fio flexível.
• Condutor de Aterramento do Subprincipal: Um fio conectado entre quadro de força e quadro de distribuição, ou seja, aquele condutor relacionado a circuitos do subprincipal.
• Resistência de Terra: Esta é a resistência total entre eletrodo de terra e terra em Ω (Ohms). A resistência de terra é a soma algébrica das resistências do condutor de continuidade de terra, condutor de aterramento, eletrodo de terra e terra.

Pontos a Serem Aterrados

Aterramento não é feito de qualquer forma. Segundo regras IE e regulamentos IEE (Instituto de Engenheiros Eletricistas),

• Pino de terra de tomadas de iluminação de 3 pinos e tomadas de força de 4 pinos devem ser eficiente e permanentemente aterrados.
• Todos os invólucros metálicos ou coberturas metálicas contendo ou protegendo qualquer linha de alimentação elétrica ou aparelho, como tubos GI e conduítes encerrando cabos VIR ou PVC, chaves blindadas, quadros de fusíveis blindados, etc., devem ser aterrados (conectados à terra).
• A estrutura de todo gerador, motores estacionários e partes metálicas de todos os transformadores usados para controle de energia devem ser aterrados por duas conexões separadas e distintas com a terra.
• Em um sistema CC 3 fios, os condutores do meio devem ser aterrados na estação geradora.
• Fios de estai para linhas aéreas devem ser conectados à terra conectando pelo menos um fio ao fio de terra.

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Componentes do Sistema de Aterramento

Um sistema completo de aterramento elétrico consiste nos seguintes componentes básicos.

• Condutor de Continuidade de Terra
• Condutor de Aterramento
• Eletrodo de Terra

Condutor de Continuidade de Terra ou Fio de Terra

Aquela parte do sistema de aterramento que interconecta as partes metálicas gerais da instalação elétrica, ex: conduítes, dutos, caixas, invólucros metálicos de chaves, quadros de distribuição, chaves, fusíveis, dispositivos de regulação e controle, partes metálicas de máquinas elétricas como motores, geradores, transformadores e a estrutura metálica onde dispositivos e componentes elétricos são instalados, é conhecida como fio de terra ou condutor de continuidade de terra, como mostrado na figura acima.

A resistência do condutor de continuidade de terra é muito baixa. Segundo regras IEEE, a resistência entre terminal de terra do consumidor e condutor de continuidade de terra (na extremidade) não deve ser maior que 1Ω. Em palavras simples, a resistência do fio de terra deve ser menor que 1Ω.

O tamanho do Condutor de Continuidade de Terra ou Fio de Terra depende do tamanho do cabo usado no circuito de fiação.

Tamanho do Condutor de Continuidade de Terra

A área de seção transversal do Condutor de Continuidade de Terra não deve ser menor que a metade da área de seção transversal do fio mais grosso usado na instalação de fiação elétrica.

Geralmente, o tamanho do fio de cobre nu usado como condutor de continuidade de terra é 3SWG. Mas lembre-se: não use menos que 14SWG como fio de terra. Tira de cobre também pode ser usada como condutor de continuidade de terra em vez de fio de cobre nu, mas não opte por isso até que o fabricante recomende.

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Condutor de Aterramento ou Junção de Aterramento

O fio condutor conectado entre condutor de continuidade de terra e eletrodo de terra ou placa de terra é chamado de junção de aterramento ou "Condutor de aterramento". O ponto onde condutor de continuidade de terra e eletrodo de terra se encontram é conhecido como "ponto de conexão", como mostrado na figura acima.

O condutor de aterramento é a parte final do sistema de aterramento que é conectada ao eletrodo de terra (que está subterrâneo) através do ponto de conexão de terra.

Deve haver o mínimo de junções no condutor de aterramento, bem como menor em tamanho e reto na direção.

Geralmente, fio de cobre pode ser usado como condutor de aterramento, mas tira de cobre também é usada para instalações de alta potência e pode lidar com alta corrente de falta devido à área maior que o fio de cobre.

Um fio de cobre duro nu também é usado como condutor de aterramento. Neste método, todos os condutores de terra conectados a um ponto comum (um ou mais) de conexão e, então, o condutor de aterramento é usado para conectar o eletrodo de terra (placa de terra) ao ponto de conexão.

Para aumentar o fator de segurança da instalação, dois fios de cobre são usados como condutor de aterramento para conectar o corpo metálico do dispositivo ao eletrodo de terra ou placa de terra. Ou seja, se usarmos dois eletrodos de terra ou placas de terra, haveria quatro condutores de aterramento. Não deve ser considerado que os dois condutores de terra são usados como caminhos paralelos para fluir correntes de falta, mas ambos os caminhos devem funcionar corretamente para transportar a corrente de falta, pois é importante para melhor segurança.

Tamanho do Condutor de Aterramento

O tamanho ou área do condutor de aterramento não deve ser menor que a metade do fio mais grosso usado na instalação.

O maior tamanho para condutor de aterramento é 3SWG e o tamanho mínimo não deve ser menor que 8SWG. Se fio 37/.083 for usado ou a corrente de carga for 200A da tensão de alimentação, então é recomendado usar tira de cobre em vez de duplo condutor de aterramento. Os métodos de conexão do condutor de aterramento são mostrados na figura acima.

Nota: Postaremos artigo adicional sobre tamanho da placa de terra com cálculos simples... Fique atento.

Eletrodo de Aterramento ou Placa de Terra

Um eletrodo ou placa metálica que é enterrada na terra (subterrânea) e é a última parte do sistema de aterramento elétrico. Em palavras simples, a parte metálica final subterrânea (placa) do sistema de aterramento que é conectada com o condutor de aterramento é chamada de placa de terra ou eletrodo de terra.

Uma placa metálica, tubo ou haste pode ser usada como eletrodo de terra que tem resistência muito baixa e transporta a corrente de falta seguramente para o solo (terra).

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Tamanho do Eletrodo de Aterramento

Tanto cobre quanto ferro podem ser usados como eletrodo de aterramento.

O tamanho do eletrodo de terra (No caso de cobre)

2×2 (dois pés de largura e comprimento) e 1/8 polegada de espessura. Ou seja, 2' x 2' x 1/8". (600x600x300 mm)

No caso de Ferro

2' x 2' x ¼" = 600x600x6 mm

Recomenda-se enterrar o eletrodo de terra em solo úmido. Se não for possível, coloque água no tubo GI (Ferro Galvanizado) para criar a condição de umidade.

No sistema de aterramento, coloque o eletrodo de terra em posição vertical (subterrâneo) como mostrado na figura acima. Também, coloque uma camada de 1 pé (cerca de 30cm) de mistura de carvão em pó e cal ao redor da placa de terra (não confunda eletrodo de terra e placa de terra, pois ambos são a mesma coisa).

Esta ação possibilita o aumento do tamanho do eletrodo de terra, o que leva a uma melhor continuidade na terra (sistema de aterramento) e também ajuda a manter a condição de umidade ao redor da placa de terra.

P.S: Postaremos cálculo de exemplo sobre Dimensionamento de Eletrodo de Terra... Fique atento.

Bom Saber:

Não use coque (após queimar carvão no forno para emitir todos os gases e outros componentes, o carbono remanescente de 88% é chamado coque) ou carvão mineral em vez de carvão vegetal (carvão de madeira) porque causa corrosão na placa de terra.

Como o nível de água é diferente em diferentes áreas; portanto, a profundidade para instalação do eletrodo de terra também é diferente em várias áreas. Mas a profundidade para instalação do eletrodo de terra não deve ser menor que 10 pés (3 metros) e deve estar abaixo de 1 pé (304,8mm) do nível constante de água.

Motores, Gerador, Transformadores, etc. devem ser conectados à terra a partir de dois locais diferentes.

Tamanho da Placa de Terra ou Eletrodo de Terra para Pequenas Instalações

Em pequenas instalações, use haste metálica (diâmetro = 25mm (1 polegada) e comprimento = 2m (6 pés) em vez de placa de terra para sistema de aterramento. O tubo metálico deve estar 2 metros abaixo da superfície do solo. Para manter a condição de umidade, coloque 25mm (1 polegada) de mistura de carvão e cal ao redor da placa de terra.

Para eficácia e conveniência, você pode usar hastes de cobre de 12,5mm (0,5 polegada) a 25mm (1 polegada) de diâmetro e 4m (12 pés) de comprimento. Discutiremos o método de instalação de aterramento por haste posteriormente.

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Métodos e Tipos de Aterramento Elétrico

Aterramento pode ser feito de muitas maneiras. Os vários métodos empregados no aterramento (em fiação residencial ou industrial e outros equipamentos e máquinas elétricas conectadas) são discutidos a seguir.

Aterramento por Placa:

No sistema de aterramento por placa, uma placa feita de cobre com dimensões 60cm x 60cm x 3,18mm (ou seja, 2ft x 2ft x 1/8 in) ou ferro galvanizado (GI) de dimensões 60cm x 60cm x 6,35 mm (2ft x 2ft x ¼ in) é enterrada verticalmente na terra (cova de terra) que não deve ser menor que 3m (10ft) do nível do solo.

Para sistema de aterramento adequado, siga os passos mencionados acima na (Introdução da Placa de Terra) para manter a condição de umidade ao redor do eletrodo de terra ou placa de terra.

Aterramento por Tubo:

Um tubo de aço galvanizado e perfurado de comprimento e diâmetro aprovados é colocado verticalmente em solo úmido neste tipo de sistema de aterramento. É o sistema de aterramento mais comum.

O tamanho do tubo a usar depende da magnitude da corrente e do tipo de solo. A dimensão do tubo é geralmente 40mm (1,5in) de diâmetro e 2,75m (9ft) de comprimento para solo comum ou maior para solo seco e rochoso. A umidade do solo determinará o comprimento do tubo a ser enterrado, mas geralmente deve ser 4,75m (15,5ft).

Aterramento por Haste

É o mesmo método do aterramento por tubo. Uma haste de cobre de 12,5mm (1/2 polegada) de diâmetro ou 16mm (0,6in) de diâmetro de aço galvanizado ou seção oca 25mm (1 polegada) de tubo GI de comprimento acima de 2,5m (8,2 pés) são enterrados verticalmente na terra manualmente ou com a ajuda de um martelo pneumático. O comprimento dos eletrodos embutidos no solo reduz a resistência de terra a um valor desejado.

Aterramento Através do Waterman

Neste método de aterramento, tubos waterman (GI galvanizado) são usados para fins de aterramento. Certifique-se de verificar a resistência dos tubos GI e use grampos de aterramento para minimizar a resistência para conexão de aterramento adequada.

Se condutor encordoado for usado como fio de terra, então limpe a extremidade dos fios do condutor e certifique-se de que está em posição reta e paralela, o que é possível para conectar firmemente ao tubo waterman.

Aterramento por Tira ou Fio:

Neste método de aterramento, eletrodos de tira de seção transversal não menor que 25mm x 1,6mm (1in x 0,06in) são enterrados em valas horizontais de profundidade mínima de 0,5m. Se cobre com seção transversal de 25mm x 4mm (1in x 0,15in) for usado e dimensão de 3,0mm² se for ferro galvanizado ou aço.

Se condutores redondos forem usados, sua área de seção transversal não deve ser muito pequena, digamos menor que 6,0mm² se for ferro galvanizado ou aço. O comprimento do condutor enterrado no solo daria uma resistência de terra suficiente e este comprimento não deve ser menor que 15m.

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Método Geral de Instalação de Aterramento Elétrico (Passo a Passo)

O método usual de aterramento de equipamentos, dispositivos e aparelhos elétricos é o seguinte:

1. Primeiro, cave uma cova de 5x5 pés (1,5x1,5m) a cerca de 20-30 pés (6-9 metros) no solo. (Nota: profundidade e largura dependem da natureza e estrutura do solo)
2. Enterre uma placa apropriada (geralmente 2' x 2' x 1/8" (600x600x300 mm) de cobre nessa cova em posição vertical.
3. Aperte o condutor de aterramento por porcas e parafusos em dois locais diferentes na placa de terra.
4. Use dois condutores de aterramento com cada placa de terra (no caso de duas placas de terra) e aperte-os.
5. Para proteger as junções da corrosão, coloque graxa ao redor.
6. Reúna todos os fios em um tubo metálico a partir do(s) eletrodo(s) de terra. Certifique-se de que o tubo esteja 1 pé (30cm) acima da superfície do solo.
7. Para manter a condição de umidade ao redor da placa de terra, coloque uma camada de 1 pé (30cm) de carvão em pó (carvão vegetal em pó) e mistura de cal ao redor da placa de terra.
8. Use terminal e porcas/parafusos para conectar firmemente os fios às placas de base das máquinas. Cada máquina deve ser aterrada em dois locais diferentes. A distância mínima entre dois eletrodos de terra deve ser 10 pés (3m).
9. O condutor de continuidade de terra conectado ao corpo e partes metálicas de toda a instalação deve ser firmemente conectado ao condutor de aterramento. Certifique-se de usar a continuidade pelo teste de continuidade.
10. Por fim (mas não menos importante), teste o sistema de aterramento geral através do medidor de terra. Se tudo estiver conforme o planejado, encha a cova com solo. A resistência máxima permitida para aterramento é 1Ω. Se for maior que 1 ohm, aumente o tamanho (não o comprimento) do condutor de aterramento e condutores de continuidade de terra. Mantenha as extremidades externas dos tubos abertas e coloque água periodicamente para manter a condição de umidade ao redor do eletrodo de terra, o que é importante para melhor sistema de aterramento.

Especificação SI para Aterramento

Várias especificações em relação ao aterramento conforme recomendado por Normas Indianas são dadas abaixo. Aqui estão algumas:

• Um eletrodo de aterramento não deve ser situado (instalado) próximo ao edifício cujo sistema de instalação está sendo aterrado, pelo menos mais de 1,5m de distância.
• A resistência de terra deve ser baixa o suficiente para causar fluxo de corrente suficiente para operar relés de proteção ou queimar fusíveis. Seu valor não é constante, pois varia com o clima porque depende da umidade (mas não deve ser menor que 1 Ohm).
• O fio de terra e o eletrodo de terra serão do mesmo material.
• O eletrodo de aterramento deve sempre ser colocado em posição vertical dentro da terra ou cova para que possa estar em contato com todas as diferentes camadas de terra.

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Perigos de Não Aterrar um Sistema de Alimentação

Como enfatizado anteriormente, o aterramento é fornecido para:

• Evitar choque elétrico
• Evitar risco de incêndio como resultado de corrente de vazamento à terra por caminho indesejado e
• Garantir que nenhum condutor que transporta corrente suba a um potencial em relação à massa geral da terra além de seu isolamento projetado.

No entanto, se corrente excessiva não for aterrada, aparelhos serão danificados sem a ajuda de fusível no local. Você deve notar que correntes excessivas são aterradas em suas estações geradoras, por isso fios de terra transportam muito pouca ou nenhuma corrente. Portanto, implica que não é necessário aterrar qualquer um dos fios (vivo, terra e neutro) contidos em um PVC. Aterrar o fio vivo é catastrófico.

Vi uma pessoa morta simplesmente porque um fio vivo foi cortado de um poste aéreo e caiu no solo enquanto o solo estava molhado. Corrente excessiva é aterrada nas estações geradoras e, se o aterramento não for eficiente devido a falha, interruptores de falta à terra estarão lá para ajudar. Fusível ajuda apenas quando a potência transmitida está acima da classificação de nossos aparelhos; ele bloqueia a corrente de atingir nossos aparelhos queimando e protegendo nossos aparelhos no processo.

Em nossos aparelhos elétricos, se correntes excessivas não forem aterradas, experimentaríamos choque severo. Aterramento ocorre em aparelhos elétricos apenas quando há um problema e é para nos salvar do perigo. Se em uma instalação eletrônica, uma parte metálica de um aparelho elétrico entra em contato direto com um fio vivo que resulta de talvez falha de instalação ou outro, o metal será carregado e carga estática se acumulará nele.

Se você tocar a parte metálica naquele momento, será eletrocutado. Mas se a parte metálica do aparelho estiver aterrada, a carga será transferida para a terra em vez de se acumular na parte metálica do aparelho. Corrente não flui através de fios de terra em aparelhos elétricos; ela flui apenas quando há problema e apenas para direcionar a corrente indesejada à terra para nos proteger de choque severo.

Além disso, se um fio vivo toca acidentalmente (em um sistema defeituoso) a parte metálica de uma máquina. Agora, se um homem toca aquela parte metálica da máquina, então a corrente fluirá através do corpo dele para o solo, logo, ele receberá choque (eletrocussão) que pode levar a ferimentos graves até a morte. É por isso que o aterramento é tão importante?

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