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A efetividade (limitada!) dos eletrodos de aterramento para as correntes dos raios. Ou você ainda acredita em equalização de potencial? – Parte 04/04

trazemos nesta edição a última parte do artigo do professor Antônio roberto Panicali, da Proelco, sobre aterramento e equipotencialização, trabalho originalmente apresentado no CINASE-SP em 2018

De uma forma geral, como ilustrado na figura 10, a propagação de sinais ao  longo de condutores enterrados, dependendo das características do solo e das características dos sinais, se dará com velocidades compreendidas entre c/50 e c/2, sendo c=3×108  m/s, a velocidade da luz no vácuo.

Figura 10 – Representação da diferença de velocidade de propagação de sinais no ar e em solos reais.

Como mostrado a seguir,  tais diferenças entre as velocidades de propagação no solo e no ar podem resultar no surgimento de tensões elevadas quando envolvendo o aterramento de equipamentos afastados dos pontos de conexão (BEL ou BEP) com a malha de aterramento correspondente.

Retardo de propagação no solo e equalização de potencial

Consideremos a situação ilustrada na figura 11,  na qual um equipamento é alimentado a partir de um transformador, sendo ambos, transformador e equipamento, conectados a uma BEP conectada, por sua vez, a um eletrodo de aterramento.

Figura 11 – Efeitos do retardo na propagação dos potenciais na malha de aterramento.

Face ao exposto na seção anterior e ilustrado na figura 11, quando o aterramento receber a corrente impulsiva de um raio, o potencial da BEP irá elevar-se rapidamente, enquanto que, sob o equipamento, o potencial permanecerá praticamente nulo (dependendo das características do solo e da distância BEP/equipamento). Por outro lado, dado que a velocidade de propagação no ar é muito maior do que no solo, o potencial do BEP irá propagar-se quase que “instantaneamente”  até o equipamento! Ou seja, a diferença de velocidade de propagação no ar e no solo poderá dar origem a tensões elevadas entre o bastidor e o solo sob o mesmo, eventualmente, dando origem a centelhamentos entre o bastidor e o solo. Caso isso aconteça, além do eventual perigo de incêndio e/ou explosão no local, o cabo (verde) de conexão do bastidor à BEP será percorrido por uma corrente impulsiva dando origem, devido à indutância própria desse cabo, a uma tensão ΔV entre os cabos de alimentação do equipamento e seu bastidor, causando, eventualmente, perturbações ou mesmo a queima de componentes do equipamento.

Note-se que a conexão do bastidor a um ponto próximo na malha de aterramento, conquanto  possa impedir a ocorrência de centelhamento (o que poderá ser um fator importante de segurança, particularmente, na presença de atmosferas explosivas), não eliminará o surgimento da tensão indutiva ΔV exigindo proteções adicionais para os equipamentos,  seja pela instalação de DPS secundário na entrada do equipamento seja pela instalação de seus cabos em eletrocalhas ou eletrodutos metálicos de baixa indutância, ou mesmo a adoção de pisos com grau suficiente de rigidez dielétrica. Para mais detalhes, ver as recomendações contidas em [5].

Finalmente, cumpre lembrar que malhas de cabos instaladas acima de pisos isolantes ou embutidas dentro de concreto seco (de baixíssima condutividade) apresentam características de propagação mais próximas às do espaço livre (vácuo), minimizando assim, os efeitos acima considerados, embora pouco ou nada contribuam para uma baixa impedância de aterramento.

Por outro lado, a atenuação e baixa velocidade  de propagação dos potenciais dos cabos de um sistema de aterramento, podem ser usadas em benefício da segurança, desde que seja garantido um afastamento adequado entre os pontos de aterramento dos cabos de descida do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) da instalação e o ponto de aterramento da BEP.

Conclusões

1- Eletrodos de aterramento são fundamentais para dispersar as correntes espúrias (raios, falhas da instalação etc.) nos solos.

2- Também têm papel fundamental na atuação de sistemas de proteção contra falhas de isolação.

3- Se projetados adequadamente, levando-se em conta seu comportamento eletromagnético para surtos e frequências altas, podem reduzir significativamente as diferenças de potenciais nas superfícies do solo.

Mas lembrando sempre que…

4- Eletrodos de aterramento se comportam de maneiras totalmente diferentes, dependendo de sua geometria, características do solo modo de instalação e forma de onda dos sinais neles injetados.

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