1 Introdução
Os sistemas de aterramento são fundamentais para garantir a segurança, proteger equipamentos e assegurar o funcionamento eficiente de instalações elétricas. Um sistema de aterramento eficaz reduz o risco de choques elétricos e correntes de fuga que podem percorrer o corpo humano e causar fatalidades, além de contribuir para redução de harmônicos e interferência eletromagnética (EMI) e de radiofrequência (RF).
Além disso, um sistema de aterramento adequado aumenta a confiabilidade dos equipamentos, diminuindo a chance de falhas. A ausência de um aterramento apropriado pode resultar em problemas elétricos intermitentes, paradas indesejadas na operação e tensões de toque e passo perigosas. Por isso, o aterramento é indispensável para a segurança e desempenho de sistemas elétricos.
A NBR 15749 (2009) define aterramento da seguinte forma: “ligação intencional de parte eletricamente condutiva à terra, através de um condutor elétrico”. Esse processo assegura que os equipamentos operacionais de uma estrutura estejam adequadamente conectados à terra, garantindo maior segurança elétrica e funcionalidade do sistema.
1.1 Parâmetros de Aterramento
Os principais fatores incluem resistência de aterramento, resistividade do solo, profundidade de instalação, área de contato do eletrodo, condições ambientais. Cada um desses parâmetros influencia diretamente o desempenho do sistema.
Idealmente, a resistência de aterramento deveria apresentar zero ohm, mas esse valor é impossível de ser alcançado devido a diversas limitações. Fatores como resistividade do solo, condições climáticas, resistência elétrica dos materiais condutores, conexões elétricas que criam resistência adicional, profundidade do eletrodo, entre outros, influenciam nesse valor.
Por essas razões, o principal objetivo é reduzir a resistência de aterramento para o menor valor possível. Assim, os sistemas de aterramento são projetados para o menor valor de resistência possível, conforme recomendado pela NBR 15749. Na versão anterior da norma, o valor de referência de resistência de aterramento em sistemas de potência era de 5 Ω, atualmente, esse valor não é mais obrigatório, mas ainda, porém pode ser utilizado como valor de referência.
Além disso, recomenda-se ATENÇÃO na verificação dos equipamentos presentes na usina, pois dispositivos sensíveis e de proteção podem exigir valores mínimos específicos, especialmente em áreas que abrigam equipamentos sensíveis, como centrais de telecomunicações, centrais de servidores, sistemas de proteção, industrias, laboratórios de pesquisa, sistemas de energia renovável, entre outros. Dessa forma, é essencial identificar quais equipamentos estão instalados e quais valores exigem para bom funcionamento.
2 Diferença entre Resistividade do Solo e Resistência de Aterramento
A resistividade do solo refere-se às propriedades do solo em relação a capacidade de conduzir corrente elétrica, sendo expressa em ohm-metro (Ω·m). Esse parâmetro é crucial para projetar sistemas de aterramento, pois composição do solo, o teor de umidade e a temperatura influenciam diretamente a resistividade. Solos com baixa resistividade (como solos úmidos ou argilosos) permitem uma melhor condução de eletricidade, resultando em uma resistência de aterramento menor. Por outro lado, solos mais secos, como solos arenosos ou secos, apresentam alta resistividade, aumentando a resistência de aterramento e exigindo projetos complexos e caros.
Ao projetar um sistema de aterramento, é essencial realizar medições da resistividade do solo para determinar a profundidade ideal e o tipo de eletrodos a serem utilizados. A resistência de aterramento é inversamente proporcional à resistividade do solo, ou seja, quanto menor a resistividade, melhor a condução elétrica e, consequentemente menor a resistência de aterramento.
Já resistência de aterramento refere-se à resistência elétrica existente entre o sistema de aterramento e a terra, que impõem dificuldade do fluxo de corrente para terra, medido em Ohm (Ω). Ela sofre influência tanto da resistividade do solo, dimensão da malha de aterramento, número de hastes, profundidade das hastes, entre outros fatores. Enquanto a resistividade do solo possui suas características intrínsecas, proveniente dos materiais que compõem o solo, o valor da resistência de aterramento depende da resistividade do solo e outros parâmetros externos, os quais impactam diretamente em seu valor.
2.1 Métodos de Medição
Normalmente, muitas pessoas confundem essas duas grandezas, tanto com relação a suas características e significas físicos, e também na forma de medição desses parâmetros. Atualmente existe diversos métodos de medição. Os métodos mais comuns de serem aplicados são Método de Queda de Potencial para resistência de aterramento e Método de Wenner para resistividade do solo. A Figura 1 apresenta os dois métodos de medição, os quais foram retirados da NBR 15749 e NBR 7117 respectivamente.
Figura 1 – Métodos de medição de resistência de aterramento e resistividade do solo Queda de Potencial Método de Wenner
Método de Queda de Potencial: consiste na circulação de uma corrente através da malha de aterramento e o terra de referência, como uma caixa de inspeção, através de eletrodos com a aplicação de corrente e a medição da queda de potencial entre eles para determinar a resistência.
Método de Wenner: consiste em conectar quatro eletrodos alinhados no solo, com espaçamentos igual entre eles, injetando uma corrente nos eletrodos externos e a tensão medida entre os eletrodos internos, a partir da tensão medida a resistividade do solo é calculada.
2.2 Queda de Potencial
No processo de medição, o eletrodo de tensão deve ser deslocado entre o ponto de referência e o eletrodo de correte, em intervalos de 5% da distância (d) entre esses dois eletrodos. O deslocamento deve ser feito no sentido de afastamento da instalação ou área que não possua malha de aterramento no solo, para evitar qualquer interferência na medição, conforme ilustrado na Figura 2.
Figura 2 – Medição externa a malha de aterramento
A distância deve ser definida 3 a 5 vezes a maior dimensão da malha de aterramento segregada, sendo o mínimo 3 vezes, mas idealmente mais próximo de 5 vezes, para melhor execução do teste. A NBR 15749 define malha de aterramento como: “conjunto de condutores nus, interligados enterrados no solo”. Malha segregada refere-se a um sistema de aterramento separado do restante da malha, dessa forma a maior dimensão da malha é diminuída, tornando possível realizar o teste de resistência de aterramento.
Com a realização do teste, é possível calcular a resistência de aterramento da malha em relação solo da instalação e avaliar a influência da malha sob o aterramento. Essa influência afeta diretamente no gradiente de potencial de passo e toque no solo, conforme demostrado na Figura 3.
Figura 3 – Influencia da malha de aterramento
A região livre da influência da malha de aterramento e do eletrodo de corrente, corresponde à área onde a resistência medida se estabiliza. Nesse ponto, a distância entre os eletrodos é suficientemente grande para que não haja interferência no valor efetivo da resistência de aterramento, sendo conhecida como zona de patamar de potencial.
3 Patamar Teórico
Para sistemas de aterramento simples, com uma dimensão total inferior a 10 metros, o patamar teórico pode ser usado para determinar o valor da resistência de aterramento. Neste caso, o patamar teórico é considerado a 62% da distância entre o eletrodo de referência e corrente. No entanto, é importante aplicar essa análise também para sistemas maiores, garantindo que o valor da resistência de aterramento seja adequadamente avaliado, independentemente da escala do sistema, sendo uma boa aproximação. A Figura 4 ilustra um exemplo da execução do teste de aterramento realizado por nossa equipe em campo, demostrando na pratica o método descrito anteriormente.
Figura 4 – Exemplo de campo
4 Análise do Valor de Resistência de Aterramento
Com as medidas realizadas será possível traçar um gráfico padrão do teste, no qual podem ser identificas as regiões citadas anteriormente. A Figura 5 ilustra o gráfico retirado da NBR 15749, juntamente com um gráfico comparativo gerado pela MaxiVolt.
Figura 5 – Gráfico característico
A resistência real de aterramento é determinada no ponto em que a variação da resistência medida se torna mínima, ou seja, quando a taxa de crescimento da resistência é a menor possível. Esse ponto indica que a sonda atingiu uma posição em que as influências das zonas do eletrodo de aterramento e do eletrodo auxiliar de corrente não interferem nas medições, resultando no valor mais preciso. Para auxiliar na precisão da análise, utiliza-se software que realiza aproximação do resultado.
Matematicamente, o ponto de menor taxa de variação da resistência de aterramento ao longo da distância pode ser identificado utilizando o conceito de derivada. A derivada de uma função descreve a taxa de variação de uma grandeza em relação a outra.
5 Referências
- ABNT. NBR 15749. Medição de resistência de aterramento e de potencial na superfície do solo em sistemas de aterramento, Rio de Janeiro, 2009.
- ABNT. NBR 7117. Parâmetros do solo para projetos de aterramento elétricos Parte 1: Medição da resistividade e modelagem geoelétrica, Rio de Janeiro, 2021.