Aterramento: estudo, projeto, cálculo e medições para sistemas elétricos seguros

O que é um sistema de aterramento

Um sistema de aterramento é o conjunto de eletrodos, condutores, juntas, barras, malhas, ligações equipotenciais e pontos de conexão que permitem a ligação de partes de uma instalação elétrica ao solo e entre si.

Seu objetivo não é apenas obter baixa resistência. Sua principal função é conduzir correntes de falta, vazamento, descarga atmosférica ou transitórias de forma controlada, mantendo tensões perigosas dentro de limites aceitáveis ​​para pessoas e equipamentos.

Em termos simples: uma ligação à terra não é boa só porque mede poucos ohms. É bom quando cumpre sua função de segurança e operação nas condições reais do sistema elétrico.

Para que serve o aterramento?

Um sistema de aterramento ajuda a proteger as pessoas do contato indireto. Se uma caixa metálica, painel, motor ou estrutura ficar energizada por uma falta, o aterramento ajuda a conduzir a corrente de falta e permite que as proteções operem.

Permite também controlar tensões de passo e de contato, principalmente em subestações, salas elétricas, torres, sistemas de média tensão e locais onde possam circular correntes de falta relevantes.

Além disso, fornece uma referência comum para equipamentos de controle, automação, instrumentação, comunicações, equipamentos médicos, sistemas eletrônicos e cargas sensíveis. Quando integrado com dispositivos de proteção contra raios e surtos, também ajuda a dissipar transientes e correntes de origem atmosférica.

Conceitos-chave

Resistividade do solo

A resistividade do solo indica quão fácil ou difícil é para o solo conduzir corrente elétrica. Normalmente é expresso em ohmímetro ou Ω·m. Depende da umidade, temperatura, tipo de solo, compactação, sais dissolvidos, estratos, rochas, preenchimentos e condições sazonais.

Portanto, para projetar uma malha de aterramento não basta assumir um valor genérico. O correto a fazer é medir a resistividade no campo e usar esses dados para calcular o sistema.

Resistor de aterramento instalado

A resistência de aterramento representa a oposição que o sistema de aterramento apresenta à passagem de corrente para o terra remoto. É uma medida importante, mas não é o único critério de segurança.

Em baixa tensão podem ser dados muito relevantes para verificar as condições de proteção. Em média e alta tensão deve ser complementado com corrente de falta, tempo de eliminação, distribuição de potencial, tensões de passo e de contato, geometria da malha e condições de terra.

Tensão de passo e tensão de contato

A tensão de passo é a diferença de potencial que pode aparecer entre os pés de uma pessoa a aproximadamente um metro de distância. A tensão de contato é a diferença de potencial que uma pessoa pode experimentar ao tocar uma estrutura, equipamento ou peça metálica aterrada enquanto está no solo.

Ambos são críticos em subestações, painéis, estruturas metálicas, cercas, transformadores, células e equipamentos de média ou alta tensão.

ligação equipotencial

A ligação equipotencial consiste em conectar eletricamente peças metálicas, estruturas, massas, barras de aterramento e sistemas relacionados para reduzir diferenças de potencial entre eles. Um aterramento separado para cada sistema pode parecer legal, mas sem a ligação equipotencial adequada pode criar ruído elétrico, correntes indesejadas ou riscos para pessoas e equipamentos.

Métodos de medição em sistemas de aterramento

Medição de resistividade do solo

A medição da resistividade é realizada antes do projeto, especialmente ao projetar redes de aterramento, subestações, sistemas industriais, torres, salas elétricas, usinas solares, BESS ou instalações críticas.

Os métodos mais utilizados são Wenner e Schlumberger de quatro eletrodos. Em ambos os casos, as medições devem ser interpretadas para estimar um modelo de solo que permita calcular a resistência da malha, as tensões de degrau, as tensões de contato e o desempenho do sistema.

Medição de resistência instalada

Uma vez construído ou existente o sistema, sua resistência pode ser medida para verificar a condição e a rastreabilidade. O método de queda de potencial é o mais clássico quando há espaço suficiente para instalar eletrodos auxiliares e separar adequadamente o sistema em teste dos eletrodos de corrente e potencial.

O método de fixação pode ser prático para inspeções de sistemas existentes, mas não deve ser tratado como um método universal. A sua fiabilidade depende da existência de caminhos de retorno paralelos e que a configuração permita uma leitura representativa.

Medição de tensões de passo e de contato

Em sistemas de média e alta tensão, subestações, pátios elétricos, torres de transmissão, plantas industriais e sistemas de geração ou armazenamento, medir ou calcular tensões de passo e de contato pode ser mais importante do que obter apenas um valor de resistência.

Inspeção física e continuidade

Uma medição elétrica isolada não substitui a inspeção física. Um sistema de aterramento pode se tornar ineficaz devido à corrosão, roubo de condutores, juntas soltas, escavação, danos mecânicos, mudanças no terreno ou modificações não documentadas.

• Estado das câmaras de registro, barras de aterramento, juntas e soldas.
• Continuidade dos condutores de proteção e conexões aos painéis, transformadores, células e equipamentos.
• Interligação de malhas, estruturas metálicas e ligações equipotenciais.
• Atualização de planos, evidências fotográficas e certificados de calibração de instrumentos.

Projeto e cálculo de aterramento

O projeto deve partir de dados reais do projeto: planta do local, tipo de instalação, nível de tensão, corrente de falta à terra, tempo de liberação da proteção, resistividade do solo, área disponível, localização dos equipamentos, presença de pessoas, tipo de superfície, criticidade, condições ambientais e requisitos regulatórios.

Com esses dados, define-se se são necessários barra simples, sistema de eletrodos, malha enterrada, anéis perimetrais, eletrodos profundos, interligação com estruturas, tratamento de solo ou medidas adicionais.

Um cálculo sério geralmente considera a resistência da malha, o aumento do potencial de terra, a corrente máxima de falta, as tensões de passo e de contato toleráveis, a seção do condutor, o estresse térmico, a profundidade de enterramento, a separação do condutor, a camada superficial, a interconexão com outros aterramentos e o risco de tensões transferidas.

Baixa, média e alta tensão

Em baixa tensão, o aterramento está diretamente relacionado à proteção contra contatos indiretos, funcionamento das proteções, equipotencialidade, painéis, condutores de proteção, diferenciais e segurança do usuário.

Na média tensão aparecem maiores riscos: maiores correntes de falta, subestações, transformadores, salas elétricas, células, cercas, tensões de passo e de contato, e necessidade de coordenação com proteções.

Em alta tensão, transmissão, subestações, torres, pátios elétricos, geração, armazenamento e distribuição, a análise normalmente requer critérios adicionais. No Chile, quando o fornecimento de uma instalação for de alta ou média tensão, deverá ser revista a aplicação do RPTD nº 06 ou as disposições que o substituem.

Padrões e referências aplicáveis

A referência aplicável depende do tipo de instalação, tensão, âmbito do projeto e regulamentação em vigor. Para projetos reais, a revisão deve ser sempre feita a partir da fonte oficial e com a correspondente edição atual.

• RIC N°06: aterramento, proteção contra raios e ligação equipotencial em instalações de consumo.
• RPTD N°06: aterramento para produção, transporte, serviços complementares, instalações de armazenamento e distribuição de energia elétrica.
• Padrão IEEE 81-2025: métodos para medição de resistividade, impedância de sistemas de aterramento, potenciais de superfície, tensões de passo e de contato.
• IEEE 80: referência técnica para segurança em sistemas de aterramento de subestações de corrente alternada.
• CEI 60364-5-54: arranjos de aterramento, condutores de proteção e ligação equipotencial de baixa tensão.
• CEI 61936-1: instalações elétricas com potência superior a 1 kV AC.
• CEI 62305-3: proteção contra raios, danos físicos às estruturas e risco de tensões de passo e de contato perto de sistemas de proteção contra raios.

Aterramento e qualidade de energia

O aterramento também influencia a qualidade da energia, principalmente em instalações com equipamentos eletrônicos, sistemas de controle, equipamentos médicos, data centers, telecomunicações, inversores de frequência, UPS, inversores, BESS e redes com perturbações ou transitórios.

Nestes casos não basta medir a resistência. Também devem ser revisadas a equipotencialidade, a continuidade dos condutores de proteção, as correntes através do condutor de proteção, os ruídos elétricos, os acoplamentos indutivos ou capacitivos, a proteção contra sobretensões, a interligação dos aterramentos funcionais e de proteção, a compatibilidade eletromagnética e os transitórios de baixa, alta ou muito alta frequência.

Erros comuns

• Acreditar que um chão é apenas uma vara enterrada.
• Avalie apenas o valor em ohms sem verificar as tensões de passo e de contato.
• Meça sem verificar se o método corresponde ao tipo de instalação.
• Use a pinça como método universal.
• Não considere corrosão, juntas soltas ou danos mecânicos.
• Terrenos separados sem critérios de equipotencialidade.
• Não atualizar o projeto após ampliações, novas cargas, BESS, alterações de geração ou proteção.

Quando é apropriado fazer um estudo

É aconselhável realizar um estudo, projeto, cálculo ou medição de aterramento quando se constrói uma nova instalação elétrica, se planeja uma subestação ou sala elétrica, se instala um transformador, se incorpora geração ou BESS, se habilita uma infraestrutura crítica, se requer uma instalação a ser declarada ou colocada em serviço, surgem falhas eletrônicas ou problemas de qualidade de energia, se realizam grandes manutenções ou se necessita de suporte técnico para auditorias e tomada de decisões.

Um relatório técnico profissional deve incluir objetivo, escopo, normas aplicáveis, descrição da instalação, instrumentos utilizados, certificados de calibração, condições de medição, método aplicado, esboço, resultados, inspeção física, registro fotográfico, análise técnica, conformidades ou desvios, recomendações e conclusões para operação, manutenção ou projeto.

Conclusão

O aterramento é uma parte essencial da segurança elétrica. Sua função não é apenas diminuir a resistência, mas controlar tensões perigosas, permitir a operação de proteções, dissipar correntes de falta ou transientes, manter a equipotencialidade e fornecer uma referência confiável para equipamentos elétricos e eletrônicos.