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1 – INTRODUÇÃO
O aterramento elétrico, com certe- za, é um assunto que gera um núme- ro enorme de dúvidas quanto às nor- mas e procedimentos no que se refe- re ao ambiente elétrico industrial. Mui- tas vezes, o desconhecimento das téc- nicas para realizar um aterramento eficiente, ocasiona a queima de equi- pamentos, ou pior, o choque elétrico nos operadores desses equipamentos. Mas o que é o “terra”? Qual a dife- rença entre terra, neutro, e massa? Quais são as normas que devo seguir para garantir um bom aterramento? Bem, esses são os tópicos que este artigo tentará esclarecer. É fato que o assunto "aterramento" é bastante vas- to e complexo, porém, demonstrare- mos algumas regras básicas.
2 – PARA QUE SERVE O
ATERRAMENTO ELÉTRICO?
O aterramento elétrico tem três fun- ções principais : a – Proteger o usuário do equipa- mento das descargas atmosféricas, através da viabilização de um cami- nho alternativo para a terra, de des- cargas atmosféricas. b – “ Descarregar” cargas estáticas acumuladas nas carcaças das máqui- nas ou equipamentos para a terra. c – Facilitar o funcionamento dos dispositivos de proteção ( fusíveis, disjuntores, etc. ), através da corrente desviada para a terra. Veremos, mais adiante, que exis- tem várias outras funções para o aterramento elétrico, até mesmo para eliminação de EMI , porém essas três acima são as mais fundamentais.
3 – DEFINIÇÕES : TERRA,
NEUTRO, E MASSA.
Antes de falarmos sobre os tipos de aterramento, devemos esclarecer (de uma vez por todas !) o que é terra, neutro, e massa. Na figura 1 temos um exemplo da ligação de um PC à rede elétrica, que possui duas fases (+110 VCA, - 110 VCA), e um neutro. Essa alimentação é fornecida pela concessionária de energia elétrica, que somente liga a caixa de entrada ao poste externo se houver uma has- te de aterramento padrão dentro do ambiente do usuário. Além disso, a concessionária também exige dois disjuntores de proteção. Teoricamente, o terminal neutro da concessionária deve ter potencial igual a zero volt. Porém, devido ao des- balanceamento nas fases do transfor- mador de distribuição, é comum esse terminal tender a assumir potenciais diferentes de zero. O desbalanceamento de fases ocorre quando temos consumidores com necessidades de potências mui- to distintas, ligadas em um mesmolink. Por exemplo, um transformador ali- menta, em um setor seu, uma residên- cia comum, e no outro setor, um pe- queno supermercado. Essa diferença de demanda, em um mesmolink, pode fazer com que o neutro varie seu po- tencial (flutue). Para evitar que esse potencial “flu- tue”, ligamos (logo na entrada) o fio neutro a uma haste de terra. Sendo assim, qualquer potencial que tender a aparecer será escoado para a terra. Ainda analisando a figura 1 , ve- mos que o PC está ligado em 110 VCA, pois utiliza uma fase e o neutro.
ATERRAMENTO
EL…TRICO
Fig. 1 - LigaÁ„o de um PC ‡ rede elÈtrica. Alexandre Capelli
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Mas, ao mesmo tempo, ligamos sua carcaça através de outro condutor na mesma haste, e damos o nome des- se condutor de “terra”. Pergunta “fatídica”: Se o neutro e o terra estão conectados ao mesmo ponto (haste de aterramento), porque um é chamado de terra e o outro de neutro? Aqui vai a primeira definição : o neutro é um “condutor” fornecido pela concessionária de energia elétrica, pelo qual há o “retorno” da corrente elétrica. O terra é um condutor construído através de uma haste metálica e que , em situações normais, não deve pos- suir corrente elétrica circulante. Resumindo: A grande diferença entre terra e neutro é que, pelo neutro há corrente circulando, e pelo terra, não. Quando houver alguma corrente circulando pelo terra, normalmente ela deverá ser transitória, isto é, desviar uma descarga atmosférica para a ter- ra, por exemplo. O fio terra, por nor- ma, vem identificado pelas letras PE, e deve ser de cor verde e amarela. Notem ainda que ele está ligado à carcaça do PC. A carcaça do PC, ou de qualquer outro equipamento é o que chamamos de “massa”.
4 – TIPOS DE ATERRAMENTO
A ABNT ( Associação Brasileira de Normas Técnicas ) possui uma nor- ma que rege o campo de instalações elétricas em baixa tensão. Essa nor- ma é a NBR 5410, a qual, como todas as demais normas da ABNT, possui subseções. As subseções : 6.3.3.1.1, 6.3.3.1.2, e 6.3.3.1.3 referem-se aos possíveis sistemas de aterramento que podem ser feitos na indústria. Os três sistemas da NBR 5410 mais utilizados na indústria são : a – Sistema TN-S : Notem pela figura 2 que temos o secundário de um transformador ( ca- bine primária trifásica ) ligado em Y. O neutro é aterrado logo na entrada, e levado até a carga. Paralelamente , outro condutor identificado como PE é utilizado como fio terra , e é conectado à carcaça (massa) do equi- pamento. b – Sistema TN-C: Esse sistema, embora normaliza- do, não é aconselhável, pois o fio ter- ra e o neutro são constituídos pelo mesmo condutor. Dessa vez, sua iden- tificação é PEN ( e não PE, como o anterior ). Podemos notar pela figura 3 que, após o neutro ser aterrado na entrada, ele próprio é ligado ao neu- tro e à massa do equipamento. c – Sistema TT : Esse sistema é o mais eficiente de todos. Na figura 4 vemos que o neutro é aterrado logo na entrada e segue (como neutro) até a carga ( equipamento). A massa do equipa- mento é aterrada com uma haste pró- pria, independente da haste de aterramento do neutro. O leitor pode estar pensando : “ Mas qual desses sistemas devo utili- zar na prática?” Geralmente, o próprio fabricante do equipamento especifica qual sis- tema é melhor para sua máquina, po- rém, como regra geral, temos : a ) Sempre que possível, optar pelo sistema TT em 1º lugar. b ) Caso, por razões operacionais e estruturais do local, não seja possí- vel o sistema TT, optar pelo sistema TN-S. c ) Somente optar pelo sistema TN- C em último caso, isto é, quando real- mente for impossível estabelecer qual- quer um dos dois sistemas anteriores.
5 – PROCEDIMENTOS
Os cálculos e variáveis para dimensionar um aterramento podem ser considerados assuntos para “pós
- graduação em Engenharia Elétrica”.
A resistividade e tipo do solo, geome- tria e constituição da haste de aterramento, formato em que as has- tes são distribuídas, são alguns dos fatores que influenciam o valor da re- sistência do aterramento. Como não podemos abordar tudo isso em um único artigo, daremos al- gumas “dicas” que, com certeza, irão ajudar: a ) Haste de aterramento: A haste de aterramento normal- mente, é feita de uma alma de aço revestida de cobre. Seu comprimento pode variar de 1,5 a 4,0m. As de 2,5m são as mais utilizadas, pois diminuem o risco de atingirem dutos subterrâne- os em sua instalação. b ) O valor ideal para um bom aterramento deve ser menor ou igual a 5Ω. Dependendo da química do solo (quantidade de água, salinidade, Fig. 2 - Sistema TN-S. Fig. 3 - Sistema TN-C.
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Caso o leitor queira ser mais pre- ciso , imaginem um exemplo de uma lâmpada de 110 volts por 100 W. Ao fazer esse teste em uma rede de 110 V com essa lâmpada , podemos me- dir a corrente elétrica que circula por ela. Para um “terra” considerado razo- ável , essa corrente deve estar acima de 600 mA. Cabe lembrar ao leitor que , essa prática é apenas um artifício ( para não dizer macete ) com o qual podemos ter uma idéia das condições gerais do aterramento. Em hipótese alguma esse método pode ser utilizado para a determinação de um valor preciso.
8 - IMPLICAÇÕES DE
UM MAU ATERRAMENTO
Ao contrário do que muitos pen- sam , os problemas que um aterra- mento deficiente pode causar não se limitam apenas aos aspectos de se- gurança. É bem verdade que os principais efeitos de uma máquina mal aterrada são choques elétricos ao operador , e resposta lenta (ou ausente) dos sis- temas de proteção (fusíveis, disjun- tores , etc...). Mas outros problemas operacio- nais podem ter origem no aterramento deficiente. Abaixo segue uma pequena lista do que já observamos em campo. Caso alguém se identifique com algum desses problemas, e ainda não che- cou seu aterramento, está aí a dica:
- Quebra de comunicação entre
máquina e PC ( CPL, CNC, etc... ) em modoon-line. Principalmente se o pro- tocolo de comunicação for RS 232.
- Excesso de EMI gerado ( interfe-
rências eletromagnéticas ).
- Aquecimento anormal das etapas
de potência ( inversores, conversores, etc... ) , e motorização.
- Em caso de computadores pes-
soais, funcionamento irregular com constantes “travamentos”.
- Falhas intermitentes, que não
seguem um padrão.
- Queima de CI’s ou placas eletrô-
nicas sem razão aparente , mesmo sendo elas novas e confiáveis.
monitores de vídeo, interferências na imagem e ondulações podem ocorrer.
CONCLUSÃO
Antes de executarmos qualquer trabalho (projeto, manutenção, ins- talação, etc...) na área eletroele- trônica, devemos observar todas as normas técnicas envolvidas no pro- cesso. Somente assim poderemos re- alizar um trabalho eficiente, e sem problemas de natureza legal. Atualmente, com os programas de qualidade das empresas, ape- nas um serviço bem feito não é su- ficiente. Laudos técnicos, e docu- mentação adequada também são elementos integrantes do sistema. Para quem estiver preparado, a consultoria de serviços de instala- ções em baixa – tensão é um mer- cado, no mínimo, interessante. Até a próxima! n Fig. 7 - VerificaÁ„o do estado do "terra".
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TIPOS DE ELEMENTOS PARA
ATERRAMENTO
As características químicas do solo (teor de água , quantidade de sais , etc...) influem diretamente sobre o modo como escolhemos o eletrodo de aterramento. Os eletrodos mais utili- zados na prática são: hastes de aterramento, malhas de aterramento e estruturas metálicas das fundações de concreto. Haste de aterramento A haste pode ser encontrada em vários tamanhos e diâmetros. O mais comum é a haste de 2,5 m por 0,5 po- legada de diâmetro. Não é raro , po- rém, encontrarmos hastes com 4,0 m de comprimento por 1 polegada de diâmetro. Cabe lembrar que, quanto maior a haste , mais riscos corremos de atingir dutos subterrâneos (telefo- nia , gás , etc...) na hora da sua insta- lação. Normalmente , quando não con- seguimos uma boa resistência de ter- ra (menor que 10 Ω) , agrupamos mais de uma barra em paralelo (vide artigo Saber nº 329). Quanto à haste , pode- mos encontrar no mercado dois tipos básicos : Copperweld (haste com alma de aço revestida de cobre) e Cantoneira (trata-se de uma cantoneira de ferro zincada , ou de alumínio). Malhas de aterramento A malha de aterramento é indicada para locais cujo solo seja extremamen- te seco. Esse tipo de eletrodo de aterramento, normalmente, é instala- do antes da montagem do contra-piso do prédio, e se estende por quase toda a área da construção. A malha de aterramento é feita de cobre, e sua “janela” interna pode variar de tama- nho dependendo da aplicação, porém a mais comum está mostrada na fi- gura 1.
ATERRAMENTO
Na revista Saber Eletrônica nº 329 , edição de maio , iniciamos
o tema “aterramento elétrico“. Como dissemos no artigo passado , esse assunto vem sendo solicitado por diversos leitores devido às inúmeras dúvidas quanto às normas e procedimentos que deve- mos levar em consideração no aterramento de equipamentos. Para o leitor que não leu o artigo passado , sem dúvida alguma , é fun- damental consultar a primeira parte publicada.
PARTE II
E L…TRICO
Estruturas metálicas Muitas instalações utilizam as fer- ragens da estrutura da construção como eletrodo de aterramento elétri- co. (figura 2). Figura 1 Figura 2 Mais adiante veremos que, quan- do isso vier a ocorrer, deveremos to- mar certos cuidados. Resumindo, qualquer que seja o eletrodo de aterramento (haste, ma- lha, ou ferragens da estrutura), ele deve ter as seguintes características gerais:
Alexandre Capelli
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sua durabilidade não é indeterminada. O produto mais utilizado para esse tra- tamento é o Erico - gel , e os passos para essa técnica são os seguintes : 1º passo : Cavar um buraco com aproximadamente 50 cm de diâmetro, por 50 cm de profundidade ao redor da haste. 2º passo : Misturar metade da ter- ra retirada , com Erico – gel. 3º passo : Jogar a mistura dentro do buraco. 4º passo : Jogar, aproximadamen- te , 25 l de água na mistura que está no buraco. 5º passo: Misturar tudo novamente. 6º passo : Tampar tudo com a terra “virgem” que sobrou. Podemos encontrar no mercado outros tipos de produtos para o trata- mento químico (Bentonita , Earthron , etc.), porém o Erico – gel é um dos mais modernos. Suas principais carac- terísticas são: Ph alcalino (não corro- sivo), baixa resistividade elétrica, não é tóxico, não é solúvel em água (re- tém a água no local da haste).
BITOLA E CONEXÃO
DO FIO TERRA
Ter uma boa haste ou um solo fa- vorável não basta para termos um bom aterramento elétrico. As conexões da haste com os cabos de terra , bem como a bitola do cabo terra também contribuem muito para a resistência total de aterramento. No que se refere à bitola do fio ter- ra , ela deve ser a maior possível. Te- mos abaixo uma regra prática que evi- ta desperdícios, e garante um bom aterramento. Para : Sf < 35 mm² → St = 16 mm² Sf ≥ 35 mm² → St = 0,5 Sf Onde : Sf = a seção transversal dos cabos (fios) de alimentação do equipamen- to (fases). St = a seção transversal do fio terra. Notem que para diâmetros inferio- res a 35 mm² para as fases , temos o fio terra de 16 mm². Já para diâme- tros iguais ou acima de 35 mm², o fio terra deverá ter seção transversal igual à metade da seção dos cabos de ali- mentação. Quanto à conexões , devemos op- tar em 1º lugar pela fixação por solda do fio terra à haste. Isso evita o au- mento da resistência do terra por oxi- dação de contato. Caso isso não seja possível, po- deremos utilizar anéis de fixação com parafusos. Nesse caso porém , é con- veniente que a conexão fique sobre o solo , e dentro de uma caixa de inspe- ção.
CONCLUSÃO
Embora o aterramento elétrico seja um assunto extremamente vasto e complexo , acreditamos ter fornecido, através desses dois artigos , elemen- tos suficientes para que o leitor possa compreender melhor, e até mesmo construir, seu próprio sistema de aterramento. Lembre – se , porém , que o aterra- mento está normalizado pela ABNT através da NBR 5410. É aconselhável , antes de execu- tar qualquer trabalho em baixa ten- são , ler atentamente essa norma. n 6 5 1 2 3 4 16 SABER ELETRÔNICA Nº 330/JULHO/ www.sabereletronica.com.br www.sabereletronica.com.br www.sabereletronica.com.br PROCURANDO INFORMA«√O?
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EMI (Eletromagnetic Interference) Qualquer condutor de eletricidade ao ser percorrido por uma corrente elétrica, gera ao seu redor um campo eletromagnético. Dependendo da fre- qüência e intensidade da corrente elé- trica, esse campo pode ser maior ou menor. Quando sua intensidade ultra- passa determinados valores, ela pode começar a interferir nos outros circui- tos próximos a ele. Esse fenômeno é a EMI. Na verdade, os efeitos da EMI co- meçaram a ser sentidos na 2º Guerra Mundial. As explosões das duas bombas atômicas sobre o Japão irradiaram campos eletromagnéticos tão inten- sos, que as comunicações de rádio na região ficaram comprometidas por várias semanas. Atualmente, os circui- tos chaveados (fontes de alimentação, inversores de freqüência, reatores ele- trônicos, etc. ) são os principais gera- dores de EMI. O “chaveamento” dos transistores (PWM) em freqüências de 2 a 30 kHz geram interferências que podem provocar o mau funcionamen- to de outros circuitos próximos, tais como CPUs, e dispositivos de comu- nicação (principalmente RS 232). Podemos perceber a EMI em rá- dios AM colocados próximos a reato- res eletrônicos de lâmpadas fluores- centes, principalmente nas estações acima dos 1000 KHz. Uma das técni- cas para atenuar a EMI é justamente um bom aterramento elétrico, como veremos a seguir.
ATERRAMENTO NA COMUNICA-
ÇÃO SERIAL RS 232
Os sistemas de comunicações seriais como RS 232 são especial- mente sensíveis à EMI. A RS 232 uti- liza o terra dos sistemas comunicantes como referência para os sinais de transmissão ( TX ) e recepção ( RX ). Caso haja diferenças de potenciais entre esses terras, a comunicação poderá ser quebrada. Isso ocorre quando o terra utilizado como referên- cia não está dentro do valor ideal (me- nor ou igual a 10 Ω), portanto o fio ter- ra serve como uma “antena” receptora de EMI. Notem, pela figura 1, o dia- grama simplificado do fenômeno. Isso significa que o mau aterra- mento é uma “porta aberta” para que os ruídos elétricos (tais como EMI) entrem no circuito , e causem um fun- cionamento anormal na máquina. ATERRAMENTO
PARTE III
E L…TRICO
Alexandre Capelli
Finalizando o tema “Aterramento Elétrico”, este capítulo fará as
considerações finais sobre o assunto abordando agora os aspec- tos eletrônicos. Veremos como o aterramento pode influenciar nos diversos circuitos eletrônicos e, entre eles, na própria comunica- ção RS 232. Estudaremos também um pouco sobre EMI, visto que seu efeito depende em parte da qualidade do aterramento elétrico. Além dis- so, para quem deseja aprofundar-se um pouco mais, segue um pequeno formulário sobre aterramento elétrico.
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