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Já pensou no perigo de encostar na carcaça metálica de um motor ou de um painel e sentir aquele choque que, em vez de um susto, pode ser fatal? Já pensou no prejuízo de perder um inversor de frequência ou um CLP caríssimo durante uma tempestade, simplesmente porque um surto de tensão não encontrou um caminho de baixa resistência para escoar? Já pensou na dor de cabeça que é uma máquina apresentando erros intermitentes e "fantasmas" na comunicação de rede, apenas porque o ruído eletromagnético não tem para onde ser drenado? Pois bem, o sistema de aterramento nasceu para ser o guardião silencioso de qualquer instalação. Ele vai muito além de apenas "enterrar uma haste no chão"; ele é o caminho preferencial que garante que a eletricidade se comporte de maneira segura e previsível. Em vez de permitir que a energia excedente danifique componentes ou coloque vidas em risco, o aterramento a direciona para o potencial zero da terra. Ele é a referência de estabilidade que permite que sistemas eletrônicos sensíveis operem sem interferências e que dispositivos de proteção, como o DR, cumpram seu papel.

Nesta página, vamos explorar o que realmente compõe um sistema eficiente. Vamos entender desde a física por trás da resistividade do solo até os diferentes esquemas de aterramento (TN, TT, IT, etc.), as malhas de equalização e como garantir que sua instalação esteja protegida conforme as normas técnicas. Prepare-se para entender por que, na elétrica, o que está debaixo da terra é tão importante quanto o que está no painel.

Dentre os referenciais trataremos apenas às instalações prediais, ou seja, especificamente do BEP e suas caracteristicas. A seguir, fique por dentro da técnica majestosa que é o aterramento elétrico, e para isso o nosso estudo será dividido em tópicos elencados por números.

Começando pelo termo aterramento, refere-se à terra em si, ou ainda a uma grande massa que se utiliza em seu lugar. Quando falamos que algo está aterrado, estamos dizendo que, no mínimo, uma de suas partes está conectado PROPOSITALMENTE à terra.  Ao termo elétrico, a principio estar ou não ligado à terra não implica no funcionamento de quaisquer sistemas, ou seja, em geral, os sistemas elétricos não necessitam estar ligados à terra para que funcionem e, de fato, muitos sistemas não aterrados .Para tanto, num sistema elétrico eficiente é essencial adotar referenciais estáveis, os quais para valores designados de tensão devem estar associados à terra, que possui potencial zero, e então referenciá-los a partir daí todos os valores de tensão do sistema. A nível de exemplo, podemos citar um dispositivo computadorizado em que, para se comunicar com outros dispositivos/computadores, uma tensão de referência zero é crítica para a realização desta operação de maneira apropriada, visto que por exemplo, adota-se um bit "1" como 5V acima do referencial, e um bit "0" é o próprio referencial.
  Neste sentido, a terra situa-se como uma ótima opção como ponto de referência, tendo potencial zero, haja visto que encontra-se terra em abundância. Um ponto importante a se tratar, é em relação à equipotencialização da terra, isto é, estar no mesmo potencial da terra; quando alguém está de pé em contato com a terra, concomitantemente, esta pessoa está APROXIMADAMENTE no mesmo potencial da terra - aproximadamente porque se você estiver usando calçados, essa resistência aumenta drasticamente, criando um isolamento que impede a equipotencialização real, no caso de estar descalço a própria pele tem um certo nível de resistência elétrica. No final, nunca haverá um sistema 100% equipotencializado/sem resistência com a terra, o que buscamos na prática, é a equipotencialização para que, em caso de falha, não haja diferença de potencial (DDP) perigosa entre duas partes que podem ser tocadas simultaneamente, ou seja, basicamente diminuir drasticamente os danos colaterais de uma corrente circulante originado de uma DDP.
No caso, se a estrutura metálica de um edifício estiver aterrado, então todos os componentes metálicos estão aproximadamente no potencial da terra.

Como vimos, aterramento ligar, no mínimo, uma parte do sistema à terra, no caso do aterramento elétrico seria nada mais nada menos que aterrar um condutor fase (sim! Criar propositalmente um curto-circuito fase-terra, porém controlado com uma impedância limitadora de corrente de curto-circuito), ou como  é mais comum, aterrar um condutor neutro e outras massas metálicas. O aterramento elétrico tem como principal objetivo controlar a tensão em relação à terra dentro de limites previsíveis. A partir deste objetivo, ocasiona em todos os outros objetivos, um deles é a proteção, visto que o aterramento também fornece um caminho alternativo para uma eventual corrente e que irá permitir detectar esta "fonte" que originou tal corrente indesejada, isto é, o ponto de conexão entre os condutores vivos (condutores de corrente) e a terra, automaticamente isto irá induzir a atuação de dispositivos automáticos de proteção que irão no mesmo momento interromper o fluxo de corrente nos condutores responsáveis pela fuga de corrente. Novamente, este último objetivo, a proteção, implica no controle das tensões em relação à terra o que limita o esforço de tensão na isolação dos condutores, ou seja, se houver um transiente (um pico súbito de energia), o controle via aterramento oferece um caminho para que esse excesso vá para a terra, impedindo que a tensão suba tanto a ponto de "esmagar" (romper a rigidez dielétrica) a isolação do fio, e implica também na diminuição das interferências eletromagnéticas, onde ruídos (correntes sujas) são escoados pelo 'terra' pois preferem um caminho de baixa impedância.

A finalidade primordial do aterramento em redes elétricas é salvaguardar a integridade física de indivíduos e proteger bens materiais contra falhas de isolamento (curtos-circuitos), TANTO QUE PELA NBR-5410, O "PE" (PE, proteção elétrica, é o mesmo que cabo terra) É A PRIMEIRA PROTEÇÃO OBRIGATÓRIA DA INSTALAÇÃO. De maneira direta, em um sistema que opera sem aterramento, caso ocorra um contato acidental ou proposital entre uma fase e a terra, o impacto imediato é nulo: os dispositivos de proteção não são acionados e as máquinas permanecem operantes. Devido a essa continuidade de serviço, tal configuração foi amplamente adotada em indústrias durante o início do século passado, pois evitava interrupções abruptas em motores durante uma primeira falha fase-terra.
  Eis a pergunta: Nesse caso, quais as consequências diretas de um contato acidental ou proposital, um choque violento? A resposta é que, nesse caso de "rede flutuante", como não há uma conexão física do neutro com a terra na fonte (transformador), o circuito não consegue se "fechar" através do seu corpo com alta intensidade o que não ocasiona num choque violento, porém isto dá origem a uma consequência mais grave, pois quando uma fase (vamos chamá-la de Fase A) encosta na terra o potencial da Terra passa a ser o potencial da Fase A. Se a primeira falha, que foi a equipotencialização da fase à terra, não for detectada (já que o disjuntor não caiu), o sistema agora está operando em um estado crítico, pois se uma segunda fase encostar na terra (ou se outra pessoa tocar em uma fase diferente), ocorrerá um curto-circuito bifásico brutal através da terra ou dos corpos envolvidos. Esses sistemas sem aterramento eram muito comuns em instalações industriais na primeira metade do século XX, justamente pois as cargas acionadas por motores não parariam simplesmente por causa de um curto circuito fase-terra. Obviamente, esses sistemas ficam limitados a certas instalações como centros cirúrgicos e algumas industrias, porém jamais em residências e fabriquetas de baixo e médio nível.

Além da proteção contra falhas internas, o aterramento possui um segundo papel crucial: atuar como uma rota de escoamento segura e de baixa resistência para as correntes de alta intensidade originadas por raios, direcionando as descargas atmosféricas diretamente para o solo.

1. SEGURANÇA INDIVIDUAL E COLETIVA
A conexão dos equipamentos elétricos ao sistema de aterramento deve permitir que, caso ocorra uma falha na isolação dos equipamentos, a corrente de falta passe através do condutor de aterramento ao invés de percorrer o corpo de uma pessoa que eventualmente esteja tocando o equipamento.

2. DESLIGAMENTO AUTOMÁTICO
O sistema de aterramento deve oferecer um percurso de baixa impedância de retorno para a terra da corrente de falta, permitindo, assim, que haja a operação automática, rápida e segura do sistema de proteção.

3. CONTROLE DE TENSÕES
O aterramento permite um controle das tensões desenvolvidas no solo (passo, toque e transferida) quando um curto-circuito fase-terra retorna pela terra para a fonte próxima ou quando da ocorrência de uma descarga atmosférica no local.

4. TRANSITÓRIOS
O sistema de aterramento estabiliza a tensão durante transitórios no sistema elétrico provocados por faltas para a terra, chaveamentos, etc, de tal forma que não apareçam sobretensões perigosas durante esses períodos que possam provocar a ruptura da isolação dos equipamentos elétricos.

5. CARGAS ESTÁTICAS
O aterramento deve escoar cargas estáticas acumuladas em estruturas, suportes e carcaças dos equipamentos em geral.

1. CORRENTE DE FALTA
   É toda corrente que flui por um caminho anormal ou não planejado no sistema, isto é, em vez de circular apenas pelos condutores destinados à carga (motores, lâmpadas, aparelhos), a eletricidade "escapa" devido a uma falha no isolamento ou um contato acidental. O termo advém da tradução do inglês "Fault Current" (Corrente de Falha). Em elétrica, "falta" é sinônimo de curto-circuito ou anormalidade. 

2. TENSÃO DE CONTATO
   É a diferença de potencial (tensão) que surge quando duas partes, com diferentes potenciais, se tocam acidentalmente por falha da isolação. Neste âmbito, aparecem dois casos a tensão de toque e a tensão de passo.

3.  TENSÃO DE TOQUE
   Ocorre quando uma pessoa toca uma parte do equipamento ou estrutura em que a tensão de contato se aparece sujeita, e nesse caso é estabelecida uma diferença de potencial entre mãos e pés, onde consequentemente uma corrente elétrica pode circular pelo braço, tronco, pernas, etc., a qual pela duração, intensidade, frequência e as condições físicas do corpo percorrido (corrente será inversamente proporcional à resistência corpórea -, podem causar efeitos graves como queimaduras, escoriações e até fibrilação cardíaca.

4. TENSÃO DE PASSO
    Este é um fenômeno crítico no campo da elétrica, pois vira e mexe ocorre mortes por conta da tensão de passo, muitas vezes por não saber lidar, por exemplo, numa situação de queda de poste ou ainda um cabo de média tensão que se desprendeu da rede. Ocorre basicamente quando uma sobrecorrente/corrente de falta atinge o solo, seja por motivos descargas atmosféricas, pela corrente que escoou para o aterramento ou como bem falamos um cabo de 13.800V que caiu da rede primária, e quando essa corrente atinge o solo a energia se dissipa radialmente (como na imagem abaixo) a partir do ponto de impacto. Como o solo possui resistência elétrica, essa corrente cria um gradiente de potencial na superfície, ou seja, a cada raio de circunferência andado um novo potencial surge, sendo mais intenso no ponto exato onde se originou a corrente e mais fraco conforme se distancia do centro.
  Portanto, define-se a tensão de passo como sendo a diferença de potencial (tensão) entre os dois pés de uma pessoa que está caminhando ou parada nessa área em que a fonte de energia se iniciou. Por norma, considera-se a distância de um passo padrão como 1 metro. 

5. RUÍDO DE MODO COMUM
    Quando todos os condutores de um sistema de sinal ou de forca possuem uma diferença de potencial idêntica em relação a uma referência, essa tensão é chamada de tensão ou sinal de modo comum. Se essa tensão não é desejada, é geralmente chamada de ruído. Essa referência normalmente é a terra ou a carcaça do equipamento, que podem também estar no mesmo potencial. Os equipamentos eletrônicos frequentemente apresentam uma sensibilidade aguçada em relação aos ruídos de modo comum entre os condutores de alimentação (força) e a terra, que podem afetar tanto os sinais analógicos como os digitais. O ruído de modo comum ocorre quando existe uma diferença de potencial entre o terra ao qual a fonte de energia se refere e o terra ao qual o equipamento se refere. Há sempre um acoplamento resistivo ou capacitivo entre os circuitos internos do equipamento e sua carcaça. A diferença de potencial pode ser criada quando circula uma corrente pelo condutor de proteção ou pela terra, entre a carcaça do equipamento e o aterramento da fonte de alimentação. Pela terra circulam muitas correntes parasitas, causando pequenas diferenças de potencial entre pontos. Essas correntes podem ser de frequências diferentes da industrial (60 Hz) ou, mesmo se forem de frequência industrial, podem conter harmônicas ou transitórios devido a chaveamentos, manobras e outros fenômenos. Portanto, se a carcaça do equipamento estiver ligada à terra, qualquer potencial que se estabeleça entre essa ligação e o ponto de aterramento do sistema pode ser acoplado no interior do circuito eletrônico.

6. POTENCIAL TRANSFERIDO
    Diferente da tensão de passo ou de toque (que ocorrem próximas ao local do curto-circuito), o potencial transferido acontece quando um condutor metálico (como trilhos de trem, tubulações metálicas, cercas ou o próprio condutor neutro) está conectado ao sistema de aterramento onde ocorre a falta, mas se estende para fora da área da malha de aterramento. Em termos simples: se ocorre uma descarga em uma subestação, a malha de terra eleva seu potencial. Se houver um cano de ferro saindo dessa subestação e indo até um vizinho, esse cano levará o potencial da subestação para longe, podendo causar choques em locais onde ninguém espera perigo.
  Os potenciais de transferência podem ser diminuídos se a resistência (ou impedância) de terra for reduzida ao menor valor possível. A isolação dos equipamentos de baixa tensão em locais onde há potenciais diferentes em relação à terra pode ser obtida pelo emprego de dispositivos que rejeitam tensões de modo comum, como transformadores de separação ou links em fibras ópticas.

• Se a corrente de falta é de 1000A e sua resistência de terra é de 10 ohm, o potencial sobe para 10.000V (V = 1000 * 10 = 10.000);

• Se você reduz a resistência para 1 ohm, esse mesmo curto-circuito eleva o potencial para apenas 1.000V (V = 1000 * 1 = 1000) Isso diminui drasticamente a tensão disponível para ser transferida para fora da instalação.

A terra em si é um condutor elétrico muito ruim, cuja resistividade é da ordem de um bilhão de vezes maior do que a de um condutor de cobre. A resistência de aterramento pode ser imaginada como sendo a soma de várias resistências em série, cada uma relativa a uma camada cilíndrica de terra. Na prática, metade da resistência total de aterramento concentra-se na vizinhança imediata (15cm) do eletrodo de aterramento. Imagine uma resistência de aterramento de 25Ω e uma corrente de 1000A fluindo por ela, gerando uma diferença de potencial de 25kV concentrado no ponto de injeção da corrente. Temos então, entre o ponto de injeção da corrente no solo e 15cm dela uma diferença de potencial de 12500V (25/2 x 1000A), isto é, metade da diferença de potencial original, e assim por diante. Uma pessoa em pé nessa região, estará submetida a essa tensão de passo, assim como na imagem da vaca mais pra cima e exatamente como mostra a imagem abaixo.
  A colocação de uma malha metálica aterrada nessa região, à qual estejam ligadas todas as carcaças metálicas, assegurará uma equipotencialidade e afastará a possibilidade da ocorrência de uma tensão de passo (ou de toque) perigosa. O objetivo mais amplo de um sistema de aterramento é o de se obter, o mais possível, uma condição de diferença de potencial zero (chamada de equipotencialidade) entre os condutores de proteção dos equipamentos, as carcaças dos equipamentos, os condutos metálicos e todas as demais massas condutoras da edificação, incluindo as suas ferragens estruturais e tubulações metálicas. Para qualquer pessoa dentro da edificação, mesmo se houver um aumento do potencial dos elementos mencionados em relação ao potencial de terra, não haverá o risco de choque elétrico, uma vez que todos os elementos estarão referidos ao mesmo potencial.

Uma importante distinção técnica, é a definição de haste de aterramento e malha de aterramento, onde por um lado a haste significa um ponto e por outro a malha significa uma rede.

• HASTES DE ATERRAMENTO: Tem como objetivo atravessar as camadas superficiais e secas do solo para atingir camadas mais profundas, onde a umidade é constante e a resistência elétrica é menor. Para instalações residenciais simples, a norma e as concessionárias exigem um aterramento básico que pode ser satisfeito com um conjunto de hastes no padrão de entrada. Podem se apresentar em três diferentes configurações, haste única (comum em padrões de entrada residenciais, serve principalmente para referenciar o neutro da concessionária), arranjo em linha (duas ou mais hastes interligadas por cabo de cobre nu, mantendo uma distância entre elas, isso evita que o "campo de atuação" de uma interfira na outra) e arranjo em triângulo/delta (três hastes formando um triângulo equilátero, sendo uma configuração clássica para tentar baixar a resistência em espaços reduzidos);
  Apesar de popular, a haste sozinha tem "pontos cegos":
  • Dependência do solo: se o solo estiver muito seco ou for rochoso, a haste terá uma resistência altíssima, tornando o aterramento ineficaz;
  • Corrosão: com o tempo, a camada de cobre pode sofrer danos e o núcleo de aço apodrecer, fazendo com que a resistência suba silenciosamente (por isso a importância de medições periódicas com o terrômetro);
  • Falta de equipotencialidade: a haste escoa a corrente, mas não garante que o chão ao redor seja seguro (tensão de passo), ao contrário da malha.

• MALHAS DE ATERRAMENTO:  A malha consiste em condutores de cobre nu enterrados horizontalmente, cruzando-se em ângulos de 90° para formar quadrículas (anéis).  O tamanho dos quadrados (ex: 3x3m ou 5x5m) é calculado com base na corrente de curto-circuito da instalação. Quanto maior a corrente esperada, mais "fechada" (menores os quadrados) deve ser a malha. Cada cruzamento é unido por solda exotérmica. Isso é vital porque uma conexão mecânica (parafuso) sofreria corrosão sob a terra, aumentando a resistência e invalidando a malha com o tempo. Em subestações de entrada de indústrias, a malha é obrigatória porque um operador caminhando sobre brita não pode correr o risco de morrer por um "passo" largo demais durante uma falta de alta tensão.
  Ainda nas malhas, as hastes também podem ser utilizadas de modo a melhorar a eficiência do sistema ao alcançar pontos mais profundos de terra, onde o solo é mais úmido e menos resistivo, e geralmente são fincadas a partir da interseção entre os cabos nus.

Salienta-se que, além do modelo que difere da haste, a utilização do termo malha de aterramento aqui nesta página pode ser utilizada para a designação do conjunto de elementos que compõem o sistema de aterramento, portanto atente-se à leitura e interpretação corretas.

Os sistemas de aterramento devem ser projetados de forma a obter o desempenho requisitado em qualquer época do ano. Alguns sistemas mais complexos exigem malhas de aterramento eficientes em uma maior quantidade de quesitos e para projeto dessas malhas há literatura e software específicos, por exemplo, para malhas de aterramento de subestações deve ser respeitada a norma NBR-15751, malhas de aterramento singelas de reduzidas dimensões poderão ser dimensionadas por equações menos complexas.

CARACTERISTICAS DOS ELETRODOS DE ATERRAMENTO

A interligação à terra, pode ser classificada, segundo sua função específica, como:
• ATERRAMENTO FUNCIONAL: aterramento de um condutor vivo da instalação, geralmente o neutro, para o adequado desempenho das cargas ligadas a esse alimentador;
• ATERRAMENTO DE PROTEÇÃO:  aterramento das massas e partes não destinadas a conduzir corrente elétrica, com o objetivo de proteger a pessoa contra choques elétricos provocados por contatos acidentais;
• ATERRAMENTO TEMPORÁRIO PARA TRABALHO: aterramento do trecho da instalação que se encontra desligado para trabalho. A ligação dos condutores desernegizados à terra deve ser efetuada em todas as extremidas do circuito.

Sendo o aterramento funcional e o aterramento de proteção considerados aterramentos permanentes, eles são efetuados através de eletrodos, que podem ser:

• ELETRODOS NATURAIS: Elementos metálicos, geralmente de estruturas, não destinados especificamente a essa finalidade, tais como as estruturas metálicas de edificações que, pelo alicerce, permitem excelente contato com a terra;

• ELETRODOS CONVENCIONAIS: Elemento condutores instalados na terra com o objetivo exclusivo de servirem de "malha" de aterramento. Os eletrodos de aterramento convencionais mais utilizados e suas especificações são demonstrados

A seleção e instalação dos componentes para aterramento, inclusive os eletrodos convencionais, devem atender aos requisitos mínimos abaixo:

1. A variação climática e das condições do solo, não deverá permitir que a resistência da malha de aterramento exceda o valor máximo prescrito para a utilização;

2. A corrosão e a eletrólise não devem inserir valores de resistência significativos ao eletrodo de aterramento;

3. Devem resistir às agressões do meio onde instalados, devendo ser dotados de proteção contra agentes externos, que podem ser químicos, térmicos, mecânicos, etc.;

4. Devem apresentar valores de resistência e/ou impedância apropriadas ao seu objetivo. As normas NBR-5410 e NBR-5419 não mais estabelecem valor de referência.

Salienta-se ainda que o bom desempenho da malha de aterramento (lê-se sistema de aterramento) não depende exclusivamente das caracteristicas do eletrodo utilizado, é resultado também de duas outras variáveis, que são as conexões física e elétrica entre o eletrodo e o sistema a ser aterrado e o solo no qual o aterramento será implantado, bem como ilustra a imagem abaixo.

CARACTERISTICAS DAS CONEXÕES

 Os tipo mais tradicionais de conexão entre o eletrodo de aterramento e o sistema a ser aterrado, são:

• CONEXÃO MECÂNICA: através de terminal para haste ou conectores tipo grampo e parafuso. Esse tipo de conexão embora seja de fácil aplicação, deve ter a sua conformidade avaliada periodicamente, portanto, deve ser instalada em caixa de inspeção com tampa acessível.

• CONEXÃO POR SOLDAGEM: conexão por soldagem ou fusão de material é realizada geralmente por soldas exotérmicas através de moldes em grafite, cuja aplicação é de grande complexidade e alto risco, pois além de ser diferente dos outros tipos de soldagem onde esta gera temperaturas maiores que 1000°C em questão de segundos, para ser 100% eficiente ou próximo disso, os pontos que serão soldados devem estar extremamente limpos e livres de quaisquer oxidações pois senão o ponto de solda pode criar furos. Para que a solda seja realizada, entra em cena o pó exotérmico, uma mistura composta basicamente por óxido de cobre e alumínio em pó, onde essa combinação gera uma reação química, conhecida como aluminotermia, que produz cobre fundido em alta temperatura (superior a 1000°C). A utilização do grafite se dá pois a reação exotérmica atinge cerca de 2000°C, o grafite possui um ponto de fusão altíssimo, aproximadamente 3.650°C, o que permite que ele contenha o metal fundido com segurança.  Pode ser diretamente enterrada sem caixa de inspeção.

• CONEXÃO POR CONECTORES DE COMPRESSÃO: é realizada por esmagamento do conector e dos componentes a serem conectados. A aplicação dessa conexão utiliza uma ferramenta hidráulica que imprime uma pressão de 12 toneladas sobre o conjunto para a perfeita compactação. Pode ser diretamente enterrada sem caixa de inspeção.

CARACTERISTICAS DO SOLO

 O fator que torna o solo uma das variáveis mais importantes de um aterramento é a sua resistividade. O valor padrão da resistividade do solo () é obtido através da medição de um cubo cheio de terra com l = 1,0 m de aresta, cuja expressão é: 

 Os principais fatores determinantes no valor da resistividade do solo são: 

a) Tipo de solo: Abaixo demonstramos a resistividade em (Ω.m) de alguns tipos de solo:

Lama – 5 a 40
Argila – 80 a 330
Granito - 1.500 a 10.000
Humo – 10 a 150
Terra de jardim – 140 a 480
Areia comum – 3.000 a 8.000
Limo – 20 a 100
Calcário – 500 a 5.000
Basalto – 10.000 a 20.000 

b) Umidade do solo: A resistividade será tanto mais baixa quanto maior for a umidade do solo, mas não linearmente, conserva uma declividade descrita pela função e^-X (Euler elevado a -x. Abaixo levantamento da resistividade em relação a umidade realizado em solo arenoso. 

c) Concentração de sais: A resistividade do solo é governada pela concentração de sais dissolvidos na água qua a permeia, de forma que, quanto maior a concentração de sal melhor será a condução eletrolítica e, portanto, menor será a resistividade do solo. Como exemplo apresentamos a variação da resistividade em função da porcentagem de sal em relação a massa de areia com umidade a 15%. 

d) Compacidade: Solos mais compactos tem maior continuidade física e portanto, menor resistividade. 

e) Granulometria: Em regra geral, quanto maior for a granulação do solo, maior também será sua resistividade, devido a redução da continuidade.

 f) Temperatura do solo1: A resistividade tende a diminuir com o aumento da temperatura do solo. Para um solo com umidade mantida constante, experimentalmente foram obtidas as medições: 

MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DAS MALHAS DE ATERRAMENTO

 O valor da resistência e da impedância de terra ou do eletrodo de aterramento pode ser obtido através de medições com instrumentos diversos.
Quando o ponto de tomada for utilizado para frequências elevadas, tais como: radiocomunicação, informática, descargas atmosféricas, etc., deve ser conhecida a impedância do aterramento, já para aplicações em baixas frequências, o mais relevante é a resistência do aterramento.

  Os métodos para medição de impedância diferem dos que se limitam a medir simplesmente a resistividade ou resistência, como vamos nos ater ao estudo básico em frequência comercial (50Hz/60Hz), listaremos os métodos mais usuais de medição da resistividade e da resistência de aterramento, ficando os demais para um estudo posterior, com maior profundidade. Os métodos de medição de resistividade de aterramento mais usuais são: 

• Método dos dois eletrodos; 
• Método dos quatro eletrodos;
• Método Wenner; 
• Método Schlumberger. 

Para medição da resistência do aterramento, temos os métodos e suas aplicabilidades conforme a abaixo:

Tendo em vista que as Normas NBR-15749/2009 e NBR-5410/2004 apresentam o método da QUEDA DE POTENCIAL e suas variações, esse será o método utilizado para o estudo desse tema. 

MÉTODO DA QUEDA DE TENSÃO 

O método consiste em medir a diferença de potencial que ocorre na terra pela passagem de uma corrente de magnitude constante.
Assim, cravamos os eletrodos de ensaio em linha conforme indicado na imagem abaixo, sendo Ex o ponto de aterramento a ser medido, Ec o eletrodo de corrente e Et o eletrodo de tensão.
  Fazendo passar uma corrente I entre as estacas Ec e Ex, obteremos uma diferença de potencial na terra que será medida pela estaca Et. Dessa forma, podemos obter o valor da resistência de aterramento da estaca Ex através do quociente da tensão registrada no voltímetro V, pela corrente aplicada I. Se variarmos a posição da estaca Et, conservando sempre o alinhamento com as outras duas, será verificada uma variação da diferença de potencial da terra em relação a distância entre Ex e Et. 

Mapeando a tensão de diversos pontos de cravamento da estaca Et, obteremos um gráfico no formato demonstrado pela curva abaixo, que relaciona a diferença de potencial com a distância entre a estaca de tensão e o ponto de referencial da medição Ex. As regiões onde o gradiente de tensão não é constante, denominamos zonas de influência, nesses locais não se deve efetuar medição, pois os registros não terão valor real.
O instrumento mais usual para efetuar essas medições é o terrômetro, que possui o circuito de medição e conversão em seu interior. Há dois tipos usuais de terrômetro, o convencional de três ou quatro polos e o tipo alIcate, nesse método é utilizado o terrômetro convencional. 

Com a utilização de um terrômetro convencional, deve-se realizar três medições posicionando a estaca de corrente no alinhamento das outras, mas em local fora da zona de influência do eletrodo ser medido (Ex), portanto, na região de tensão constante. Como estimativa inicial, podemos considerar que a zona de influência de um eletrodo se dará em um raio de três a cinco vezes o comprimento enterrado dessa haste. 

Levantadas as medições, consideramos como valor verdadeiro da resistência de aterramento a média aritmética dos três registros que se encontrarem no intervalo de 5%, para mais ou para menos da média das três medições (no gráfico acima o “patamar” foi encontrado com as medições R3, R4 e R5). Caso contrário, deve-se aumentar a distância do eletrodo auxiliar de corrente e refazer os procedimentos. 

Designa-se esquema de aterramento, a partir da norma IEC 60364 e NBR-5410, como sendo o modo pelo qual um ponto da fonte de alimentação e as massas das cargas são ligadas à terra. Neste sentido, os esquemas de aterramento são definidos pelas letras: TT, IT e TN, onde a primeira letra indica a situação da fonte (alimentação) em relação à terra e a segunda indica a situação das massas em relação à terra.

No sistema TN, haverá a terceira e quarta letra (S ou C), para indicação das funções de aterramento, se exclusiva (PE) ou compartilhada com a função de neutro (PEN).

S -> funções de neutro e proteção com condutores distintos;
C -> funções de neutro e proteção combinadas em um único condutor.

Os três esquemas de aterramento (IT, TT e TN), dentro de suas especifícidades, garantem a segurança das pessoas, contudo, cada país adota o esquema que melhor atende suas legislações e regionalidades, impondo restrições a algum tipo de aplicação.
Os dois esquemas mais utilizados no Brasil - devido a legislação orientar a utilização de sistema de alimentação em Dy (Delta/estrela aterrada) -, com suas características básicas, são:

1. ESQUEMA IT: Utilização em locais que a continuidade de serviço é imprescindível e/ou a vida humana está submetida a grande risco (ex.: centro cirúrgico).
CARACTERÍSTICAS:
• Neutro isolado (rede flutuante) ou utilização de uma impedância no caminho para o aterramento da fonte e a necessidade do DSI (Dispositivo Supervisor da Isolação);
• Correntes de curto circuito fase-terra muito pequenas (não atua o DPCC),, contudo, quando ocorre a tensão entre fase e terra assume o valor da tensão de linha;
• Correntes de curto circuito fase-fase muito altas;
• Tensão de toque muito pequena.

2. ESQUEMA TT: Utilização nas instalações gerais.
CARACTERISTICAS:
• Aterramentos Independentes: O ponto neutro da fonte é diretamente aterrado, mas as massas da instalação são ligadas a um eletrodo de aterramento eletricamente distinto do eletrodo da fonte;
• O caminho de retorno da corrente de falta passa pela terra. Como a resistência da terra é significativamente maior que a de um condutor metálico, a corrente de curto-circuito fase-massa é relativamente baixa;
• Devido à baixa corrente de falta, os dispositivos de proteção contra sobrecorrente (disjuntores/fusíveis) geralmente não conseguem detectar uma falta fase-massa. Por isso, o uso de Dispositivos a Corrente Diferencial-Residual (DR) é obrigatório para o seccionamento automático da alimentação;
• Em caso de falha, a carcaça do equipamento pode atingir tensões perigosas. A segurança depende diretamente da eficiência do eletrodo de aterramento local e da sensibilidade do DR para interromper o circuito rapidamente;
• Eventuais anomalias ou surtos vindos da rede externa pelo condutor neutro não são transferidos diretamente para as massas da instalação, oferecendo uma separação galvânica em termos de proteção.

 3. ESQUEMA TN: Utilização nas instalações gerais.
CARACTERISTICAS:
• Neutro aterrado na fonte e as massas interligadas a esse aterramento através de condutor;
• Correntes de curto circuito fase-terra elevadas, por ter caminho de retorno de baixa impedância (aceita proteção pelo DPCC);
• Caminho da corrente de curto circuito limitado pela coordenação das proteções;
• Tensões de toque podem atingir valores altos no TN-C, dependendo da corrente de curto circuito fase-terra e da impedância equivalente do retorno dessa corrente;
• Deve ser utilizado dispositivo de atuação a corrente diferencial (IDR ou DDR) nas áreas frias.

  Nesse caso, o percurso de uma corrente fase-massa é de baixíssima impedância (cobre) e a corrente pode atingir valores elevados, suficientes para serem detectados e interrompidos por disjuntores ou fusíveis.
  O esquema pode ser do tipo TN-S, quando as funções de neutro e proteção forem realizadas por condutores separados (N = neutro e PE = proteção), ou TN-C, quando essas funções forem realizadas pelo mesmo condutor (PEN). Há ainda o esquema misto, chamado de TN-C-S.

No Brasil, o esquema TN é o mais comum quando se trata de instalações alimentadas diretamente pela rede pública de baixa tensão da concessionária de energia elétrica. Nesse caso, quase sempre a instalação é do tipo TN-C até a entrada. E então, o neutro é aterrado por razões funcionais e segue para o interior da instalação separado do condutor de proteção (TN-S).
  É fácil observar que, caso haja a perda do neutro antes da entrada consumidora (por exemplo, com o rompimento do neutro devido a um acidente com caminhão ou ônibus), o sistema irá se transformar em TT - isso nos leva a conclusão de que, mesmo em sistemas TN, é conveniente utilizar dispositivos DR para garantir a proteção das pessoas contra choques elétricos. Veja o fluxo:

Fase --> Carcaça do Equipamento --> Fio de terra --> Conector no Quadro/Medidor --> Cabo Neutro da Rede Pública --> Bobina do Transformador

Quando o neutro da rede é rompido, então a corrente de falta alterna para o próximo caminho até o transformador que pode ser um outro aterramento em uma esquina relativamente distante, e para isso a corrente de falta percorre agora pela haste de aterramento da residência e segue por terra até o transformador, isso faz com que ela seja muito baixa devido a alta resistividade da terra, o que faz com que os disjuntores não desarmem, sendo por isso necessário a utilização dos Diferenciais Residuais (DR's), pois identificam correntes abaixo de 20, 30 e 40A.

Um problema interessante para aprender sobre aterramento de maneira profunda é observar o que ocorre em caso de falha no aterramento, como o caso ACIDENTAL do aterramento estar equipotencializado com uma fase do circuito. Em um sistema trifásico, onde a tensão de fase é 220V e a de linha é 380V, o ideal é que a medição de tensão entre o aterramento e cada fase seja 220V, obviamente isso ocorre quando o esquema de aterramento propiciar que o neutro e o terra esteja conectados entre si, a partir disso conclui-se que a medição de tensão entre terra e neutro seja zero ou próximo disso, pois eles estão equipotencializados de propósito - no esquema IT, por exemplo, devido o neutro estar isolado do terra, a medição de tensão entre neutro e terra sinaliza valores flutuantes (tensões espúrias, devido acoplamentos capacitivos), pois não estão em contato direto/equipotencializados, porém se uma fase (fase A) encostar no terra: esta fase será a referência do aterramento, ou seja tensão entre o aterramento e a fase A é igual a zero, e se a partir daí medir-se a tensão do terra com a fase B, o valor se mostrará como tensão de linha (fase A + fase B).
  Ao equipotencializar acidentalmente o aterramento com a fase A, no esquema TN, automaticamente o terra se referencia através daquela fase, ou seja, ao medir a tensão do terra com a fase A o valor é zero ou próximo disso, e ao medir o terra com as outras fases (B ou C), o valor é igual à tensão de linha. Se esta corrente de falta deste curto fase-terra, que propiciou a equipotencialização acidental entre a fase A e o aterramento, não tiver desarmado o disjuntor de proteção, é sinal que pode haver dois problemas graves na instalação:
1. Falta de seletividade: disjuntor, ou quaisquer dispositivos de proteção que esteja sendo utilizado, foi subdimensionado, ou seja, não foi corretamente dimensionado para identificar uma corrente de falta;
2. Malha de aterramento mal instalada: aqui é o mais interessante para esta seção, pois se o aterramento estiver com uma alta impedância, pela primeira lei de ohm, a corrente de falta seria bruscamente diminuída, o que faria com que o disjuntor, ou outro dispositivo de proteção, não conseguisse discernir essa corrente de falta por ser muito baixa e consequentemente não desarmaria.
  Obviamente, a partir desses dois problemas, toda a instalação significa risco iminente fatalmente potencial, pois se o aterramento está equipotencializado com uma fase e todas as carcaças das máquinas e equipamentos estão aterradas, isto significa que as máquinas e equipamentos também apresentam um valor de tensão perigoso. Com isso, se o dispositivo de proteção não desenergizar o circuito, se alguém tocar no equipamento, e não estiver utilizando EPI's corretos, pode sofrer um acidente gravíssimo e/ou, eventualmente, vir à óbito.

Para garantir que o aterramento cumpra sua função de salvar vidas e proteger equipamentos, ele depende de dispositivos que "vigiam" o sistema e interrompem a energia quando algo sai do controle. Existem principalmente três tipos de dispositivos, cada um tem um papel específico dependendo do esquema de aterramento (TN, TT ou IT) que estivermos usando: 

> Disjuntor Termomagnético (Proteção contra Curto-Circuito): No esquema TN, o disjuntor é o principal dispositivo de proteção associado ao aterramento.

FUNCIONAMENTO: Como existe um caminho metálico de baixa impedância entre a carcaça e o neutro da fonte, quando a fase encosta na massa, a corrente sobe violentamente (curto-circuito).
ATUAÇÃO: O elemento magnético do disjuntor percebe esse pico e desarma instantaneamente.
Limitação: Ele não protege contra choques leves ou fugas pequenas de corrente.

> IDR / DDR (Dispositivo Diferencial Residual): É o dispositivo mais importante para a segurança humana, sendo obrigatório em áreas úmidas e essencial no esquema TT.

FUNCIONAMENTO: Ele funciona como uma "balança". Ele mede a corrente que entra pela fase e a que sai pelo neutro. Se houver uma diferença (geralmente 30mA), ele entende que a energia está "fugindo" por algum lugar — seja pela carcaça aterrada ou pelo corpo de uma pessoa;
ATUAÇÃO: Ele desarma o circuito em milissegundos, mesmo que a corrente seja baixa demais para o disjuntor perceber;
NO ESQUEMA TT: É a única proteção confiável, já que a resistência da terra limita a corrente de falta, impedindo o disjuntor de desarmar sozinho.

> DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos): Embora não atue em falhas de isolação comuns, ele usa o aterramento para proteger contra raios e surtos de manobra da rede.

FUNCIONAMENTO: Ele é conectado entre a fase e o terra. Em condições normais, ele se comporta como um isolante. Quando recebe um pico de tensão (surto), ele "fecha" um caminho de baixíssima resistência para o terra.
ATUAÇÃO: Desvia a energia do surto para a malha de aterramento antes que ela chegue aos componentes sensíveis (como os CLPs que você estuda). O Varistor de Óxido Metálico (MOV) é o componente "inteligente" da maioria dos Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS). Ele funciona como uma chave eletrônica que reage à tensão da rede.

• Estado de Espera (Tensão Normal): Em condições normais (ex: 220V), o varistor apresenta uma impedância altíssima, agindo como um circuito aberto. Ele não deixa a corrente passar para o aterramento, permitindo que o sistema opere normalmente;
• Estado de Condução (Surto): Quando ocorre um surto de tensão (raio ou manobra de rede), a resistência do varistor cai instantaneamente. Ele se torna um caminho de baixíssima impedância, desviando a energia destrutiva para a malha de aterramento antes que ela atinja equipamentos sensíveis (CLPs, inversores, motores);
• Sacrifício e Sinalização: O varistor degrada-se fisicamente a cada atuação. Ao atingir o fim de sua vida útil ou suportar um surto superior à sua capacidade, um dispositivo térmico interno o desconecta da rede para evitar incêndios. É nesse momento que a janela de inspeção do DPS muda de cor (geralmente de verde para vermelho), indicando a necessidade de substituição imediata do módulo.

Existem três classes para os DPS, para distinguir sua finalidade:

1. Classe I: Proteção de Entrada (Pesada): É o "escudo" contra descargas diretas, projetado para suportar a energia de raios que atingem diretamente a edificação ou a rede elétrica próxima. Instalado no QGBT em locais com SPDA;
2. Classe II - Proteção de Quadro (Intermediária): É o tipo mais comum, utilizado para drenar surtos que entram pela rede elétrica (descargas indiretas ou manobras da concessionária).
3. Classe III - Proteção de Equipamento (Fina): Projetado para a proteção "fina" de aparelhos eletrônicos muito sensíveis. Ele atua sobre os resíduos de surtos que passaram pelas Classes I e II.

Um não menos importante, mas exclusivo do esquema IT, é o DSI:

> DSI (Dispositivo Supervisor de Isolação): Este é exclusivo do esquema IT, muito comum em ambientes onde a energia não pode ser interrompida (como centros cirúrgicos ou indústrias químicas).

FUNCIONAMENTO: Como o sistema é isolado da terra, ele monitora constantemente a impedância entre os condutores ativos e a terra.
ATUAÇÃO: Em vez de desligar o circuito na primeira falha (fase-terra), ele apenas aciona um alarme. Isso permite que a equipe de manutenção localize o problema sem parar o processo. Ele só desligaria o sistema se ocorresse uma segunda falha em outra fase.

Abaixo, um diagrama onde os três principais dispostivos de proteção são utilizados.

Podemos ver a conexão dos dispostivos, sendo: em primeiro lugar o disjuntor termomagnético em seguida o DPS e terceiro lugar o IDR, nesta sequência. Observe também a conexão dos cabos: 

 DPS é conectado em paralelo na rede, entre o IDR e o Disjuntor Termomagnético, e na seção de conectores nos parafusos de cima, são conectados num ponto em comum com o barramento terra; é importante salientar a relação entre a quantidade de DPS's e a configuração da rede mais o tipo de esquema de aterramento:

• 1  DPS (Rede Monofásica, 1 Fase + Neutro): Protege a fase contra surtos, geralmente usado com neutro aterrado na entrada;
• 2 DPS (Rede Bifásica, 2 Fases + neutro, ou Rede monofásica, 1 fase + neutro): Comum em redes 220V (fase-fase), sendo um DPS pra cada fase sem utilizar DPS no neutro, caso seja esquema TN-C-S. Na rede monofásica será um DPS para a fase e outro para o neutro, caso o aterramento seja TN-S;
• 3  DPS (Rede Trifásica, 3 Fases, ou Rede bifásica, 2 fases + neutro): Um para cada fase (R, S, T) e sem DPS para o neutro, caso o esquema seja TN-C-S. Na rede bifásica, sendo um DPS para cada fase e um DPS para o neutro, caso o esquema seja TN-S;
• 4 DPS (Rede Trifásica, 3 Fases + Neutro): um DPS para cada fase e um específico para o neutro, caso o esquema seja TN-S.

IDR: é conectado em série com o disjuntor termomagnético, com o neutro sempre passando pelo borne alinhado com a alavanca do dispositivo. Pode ser encontrado em diferentes configurações, isto é, IDR bipolar (para monofásico, fase + neutro), tripolar (para bifásico, fase + fase + neutro) ou tetrapolar (para trifásico, fase + fase + fase + neutro). O neutro que vem do padrão de entrada deve passar pelo IDR antes de ser conectado no barramento de neutro do quadro.

Importante salientar que não é obrigatório conectar o neutro no IDR tetrapolar se o circuito trifásico não utilizar neutro (como motores), devido a carga ser equilibrada, mas é necessário usar o borne do neutro para alimentação interna do botão de teste. Se não houver neutro, deve-se jumpear uma das fases para o borne N ou simplesmente  passar uma fase pelo borne alinhado com a alavanca, veja as configurações abaixo: