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Verificação da impedância de eletrodos de aterramento em edificações comerciais, industriais e residenciais

A maioria das instalações tem um sistema elétrico aterrado, assim, no caso de queda de raios ou sobretensão da rede elétrica, a corrente encontrará um percurso seguro para a terra. Um eletrodo de aterramento fornece o contato entre o sistema elétrico e a terra.

Verificação da impedância de eletrodos de aterramento em edificações comerciais, industriais e residenciais | Fluke
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A maioria das instalações tem um sistema elétrico aterrado, assim, no caso de queda de raios ou sobretensão da rede elétrica, a corrente encontrará um percurso seguro para a terra. Um eletrodo de aterramento fornece o contato entre o sistema elétrico e a terra. Para garantir uma conexão confiável ao aterramento, os códigos elétricos, os padrões de engenharia e os padrões locais geralmente especificam uma impedância mínima para o eletrodo de aterramento. A Associação Internacional de Testes Elétricos especifica o teste de eletrodo de aterramento a cada três anos para um sistema em boas condições com requisitos de tempo médio de atividade.

Esta nota de aplicação explica os princípios de aterramento e segurança com mais profundidade e, em seguida, descreve os principais métodos de teste: Teste de queda de potencial de 3 e 4 polos, teste seletivo, teste sem estaca e teste de 2 polos.

Por que aterrar?

O Código Elétrico Nacional dos EUA (NEC) fornece duas razões principais para o aterramento de uma instalação.

  • Estabilizar a tensão à terra durante a operação normal.
  • Limitar o aumento de tensão criado por raios, picos de linha ou contato não intencional com linhas de tensão mais alta.

A corrente sempre encontrará e percorrerá o caminho de menor resistência de volta à sua fonte, seja um transformador utilitário, um transformador dentro da instalação ou um gerador. O relâmpago sempre encontrará uma maneira de chegar à terra.

No caso de uma queda de raio nas linhas de serviços públicos ou em qualquer lugar nas proximidades de um edifício, um eletrodo de aterramento de baixa impedância ajudará a transportar a energia para o solo. Os sistemas de aterramento e ligação conectam o aterramento próximo ao prédio com o sistema elétrico e o aço do prédio. Em uma queda de raio, a instalação terá aproximadamente o mesmo potencial. Ao manter o gradiente potencial baixo, os danos são minimizados.

Se uma linha da rede elétrica de média tensão (acima de 1000V) entrar em contato com uma linha de baixa tensão, uma sobretensão drástica pode ocorrer nas instalações próximas. Um eletrodo de baixa impedância ajudará a limitar o aumento de tensão na instalação. Um aterramento de baixa impedância também pode fornecer um caminho de retorno para transientes gerados pela concessionária.

Impedância do eletrodo de aterramento

A impedância do eletrodo de terra para a terra varia dependendo de dois fatores: a resistividade do solo circundante e a estrutura do eletrodo.

A resistividade é uma propriedade de qualquer material e define a capacidade do material de conduzir corrente. A resistividade do solo é complicada, porque:

  • Depende da composição do solo (ex.: argila, cascalho, areia)
  • Pode variar, mesmo dentro de pequenas distâncias, devido à mistura de diversos materiais
  • Depende do teor mineral (ex.: sal)
  • Varia com a compressão e com o decorrer do tempo, devido à sedimentação
  • Muda com temperatura, congelamento (assim como o tempo do ano). A resistividade aumenta com a diminuição da temperatura.
  • Pode ser afetada por tanques metálicos, canos e cabos de aço subterrâneos etc.
  • Varia com a profundidade, geralmente ficando mais baixo com uma profundidade maior

Uma vez que a resistividade tende a diminuir com a profundidade, uma maneira de reduzir a impedância de aterramento é conduzir um eletrodo mais fundo. O uso de uma série de hastes, um anel condutor ou uma grade são outras formas comuns de aumentar a área efetiva de um eletrodo. Várias hastes devem estar fora das "áreas de influência" umas das outras para serem mais eficazes. A regra é separar os elementos por mais do que seu comprimento. Por exemplo: hastes de 8 pés devem ser espaçadas a mais de 8 pés de distância para serem mais eficazes. O NEC especifica 25 ohms como limite aceitável de impedância para os eletrodos de aterramento. A norma IEEE 142 Recomendada Práticas para Aterramento de Sistemas de Energia Industriais e Comerciais ("Livro Verde") sugere uma resistência entre o eletrodo de aterramento principal e o terra de 1 a 5 ohms para grandes sistemas comerciais ou industriais.

Os órgãos regulatórios locais, incluindo a AHJ, e os gerentes de instalações são responsáveis por determinar os limites aceitáveis de impedância do eletrodo de aterramento.

Observação: Os sistemas de distribuição de energia fornecem corrente alternada e testadores de aterramento usam corrente alternada para teste. Então, você pensaria que falaríamos sobre impedância, não resistência. No entanto, em frequências de linha de energia, o componente resistivo da impedância de terra é geralmente muito maior do que o componente reativo, então você verá os termos impedância e resistência usados quase que alternadamente.

Para obter descrições detalhadas de: Teste de queda de potencial de 3 e 4 polos, teste seletivo, teste sem estaca e teste de 2 polos, consulte Como usar testadores de aterramento de cabos e polos (.pdf).