Eletrodos de aterramento embutidos nas fundações – Uma visão normativa

O artigo analisa os requisitos para instalação de eletrodos de fundação, à luz da experiência alemã. As aplicações são aqui discutidas conforme o esquema de aterramento, mostrando que em sistemas TN o eletrodo não exerce funções de proteção contra choque como nos sistemas TT. Contudo, o aterramento de uma edificação é comum aos sistemas elétrico e de proteção contra raios, o que enseja outras considerações.

Herbert Schmolke, da VdS-Colônia (Alemanha)

Data: 10/09/2017

Edição: EM Setembro 2017 - Ano 45 - N^o 522

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Fig. 1 – Resumo simplificado das medidas de proteção contra choque

Qual a necessidade de um eletrodo de aterramento numa edificação? Ao contrário do que ocorre com os sistemas TN, esta questão praticamente não é colocada quando se trata de sistemas IT ou TT. A segunda letra do código de classificação dos sistemas (T) significa que na edificação deve ser previsto um eletrodo de aterramento próprio. Portanto, nesses sistemas o eletrodo é parte das medidas de proteção — o que não é o caso em sistemas TN.

Uma outra questão é se o eletrodo de aterramento da edificação deve ser obrigatoriamente um eletrodo de fundação. Além deste tipo, existem outros, como as hastes verticais, os eletrodos em anel e os eletrodos naturais (por exemplo, construções metálicas enterradas no solo). Contudo, esta matéria está regulamentada nas normas técnicas DIN VDE 0100, na Alemanha, segundo as quais, em toda edificação nova deve ser instalado um eletrodo de fundação conforme DIN 18014.

[N. da R.: Ver ABNT NBR 5410:2004, seção 6.4.1. De acordo com a norma brasileira, outras configurações são também admitidas, como anéis metálicos enterrados, quando necessário complementados por hastes verticais ou cabos radiais.]

A exigência do eletrodo de fundação é uma particularidade da norma alemã, que vai além do que estabelece o respectivo documento de harmonização com a norma europeia (HD 60364-5-54:2011).

De fato, como prescreve a norma, no sistema TN não existe um eletrodo de aterramento da instalação propriamente dita. O eletrodo de fundação de um sistema TN pertence, antes, ao sistema de distribuição, ainda que, devido à sua localização, possa parecer que ele pertença à instalação da edificação.

Proteção contra choque

Neste ponto, cabe indagar: é necessário um eletrodo de aterramento quando se trata da proteção contra choque elétrico? Inicialmente deve ser examinado como esse conceito é tratado na norma VDE 0100 [ABNT NBR 5410]. A figura 1 é uma ilustração simplificada, que apresenta as principais medidas de proteção. Consoante a norma, a proteção típica em sistemas TN e TT consiste de duas medidas. De um lado, da proteção básica, e de outro, da proteção contra faltas. Com as peculiaridades conhecidas, isso também vale, naturalmente, para os sistemas IT. A proteção contra faltas é realizada pelo desligamento automático da alimentação, complementado pela equipotencialização no Barramento de Equipotencialização Principal (BEP), que evita a transferência do potencial de terra externo para o interior da edificação. A norma estabelece a seguinte equação:

Z_s ≤ U₀/I_a (1)

onde:

Z_s – Impedância do laço de falta. Corresponde à soma das impedâncias dos condutores (condutor de fase e condutor de proteção) envolvidos na falta, do ponto de falta até a fonte, bem como da impedância interna da fonte. A resistência do eletrodo de aterramento não está contida em Z_s.

I_a – Corrente que causa o desligamento do dispositivo de proteção contra sobrecorrente instalado a montante do ponto de falta, dentro do tempo prescrito pela norma. Caso seja utilizado um dispositivo de proteção diferencial-residual (DR), I_a é a corrente diferencial-residual nominal I_δn.

U₀ – Tensão nominal fase-terra.

Esta fórmula indica que Z_s não contém, absolutamente, a resistência de aterramento, e sim, meramente a impedância dos condutores e da fonte. Em outras palavras, para proteção contra choque elétrico por desligamento automático da proteção, de acordo com a norma, não é necessário um eletrodo de aterramento.

Proteção por equipotencialização

Analogamente, para proteção por equalização de potencial por meio do BEP não é necessário um eletrodo de aterramento — e isto se aplica a todos os tipos de rede (TN, TT, IT). A função da equalização de potencial é evitar a transferência do potencial de terra externo para a instalação interna da edificação. Para tal função, um eletrodo de aterramento não é necessário.

Limitar a tensão de contato

Todavia, é preciso considerar ainda um aspecto importante. Como já foi mencionado, o eletrodo de aterramento de uma edificação com sistema TN não é o aterramento da instalação, e sim parte do aterramento do sistema de distribuição (figura 2). Esse eletrodo assume a função de reduzir a resistência de aterramento da rede pública, o que é necessário para satisfazer um requisito da própria norma VDE 0100-410: em sistemas TN, o aterramento da instalação elétrica depende de uma conexão eficaz e confiável do condutor PEN ou PE com a terra. Onde o aterramento for provido por uma rede pública ou por outro sistema, a norma determina que as condições externas necessárias à instalação elétrica são de responsabilidade do operador da rede de distribuição.

O sistema de distribuição desconhece esse eletrodo de aterramento da instalação como tal. Quando é instalado um eletrodo na instalação consumidora, ele se torna parte do sistema de aterramento da rede pública — ou seja, parte integrante do aterramento do sistema (R_B).

Para que o referido requisito da norma alemã seja atendido, vale a seguinte expressão:

na qual R_B (Ω) é a resistência de aterramento do sistema, resultante da soma de todos os eletrodos em paralelo. São eles:

o eletrodo de aterramento do ponto estrela do transformador que alimenta a rede; e
os eletrodos de aterramento de todas as instalações consumidoras supridas por esse mesmo transformador, conectados em paralelo.

Fig. 2 – Sistema de distribuição TN-C-S Fonte: VDE

Ainda nessa fórmula, R_E (Ω) é a menor resistência de aterramento de uma parte condutiva estranha à instalação em contato com a terra e não conectada ao condutor de proteção do sistema TN.

O raciocínio é que essa parte condutiva estranha à instalação, seja por que motivo, pode entrar em contato com um condutor de fase. Neste caso flui uma corrente de falta para terra passando por RE e em seguida retornando à fonte através de RB. A tensão que essa corrente de falta causa em RB surge em todo o sistema entre o condutor de proteção e a terra. A observância dessa fórmula deve assegurar que o valor da tensão seja limitado.

No interior da edificação, a equalização de potencial por meio do BEP deve evitar a existência de tal parte condutiva estranha. No entanto, isto não se aplica às áreas externas; nelas é perfeitamente possível ocorrer um contato entre um condutor de fase e uma parte condutiva aterrada, fato que não pode causar uma elevação de tensão perigosa no condutor de proteção. A medida de proteção pertinente consiste em manter o valor da resistência RB do eletrodo de aterramento do sistema o mais baixo possível. Porém, isso só pode ser garantido pelo operador da rede. Mediante a ligação em paralelo de todos os eletrodos de aterramento das instalações consumidoras, a soma da resistência RB torna-se tão baixa que essa medida de proteção pode ser considerada atendida.

Controle do gradiente de potencial nas edificações

O eletrodo de fundação (figura 3), graças às suas múltiplas conexões com as ferragens da fundação, propicia ainda uma redução do gradiente de potencial na superfície do solo, que embora não seja um requisito da norma de instalações, naturalmente é benéfica.

Em outras palavras: nos sistemas TN, de fato, não é necessário um eletrodo de aterramento para a instalação elétrica da edificação, salvo pela razão anteriormente explanada, de contribuir para a redução da resistência de aterramento do sistema de distribuição e manter baixo o valor da tensão de contato em caso de falta.

[N. da R.: A necessidade da infraestrutura de aterramento numa edificação, exigida tanto pela norma ABNT quanto pela VDE, torna-se evidente quando se considera que o aterramento é comum aos sistemas elétricos e de proteção contra descargas atmosféricas. Ver NBR 5419:2015 – Parte 3.]

Eletrodos de fundação em sistemas TT

As condições num sistema TT e, com algumas peculiaridades, também num sistema IT, são outras. Nesses sistemas o eletrodo de aterramento é, de fato, o eletrodo da instalação (RA), e como tal, constitui um aterramento de proteção. Na presença de uma falta à terra, esse eletrodo torna-se parte do circuito da corrente de falta. Na fórmula (1) para desligamento automático da alimentação em caso de falta, anteriormente mencionada, esse eletrodo da instalação é parte integrante do laço de impedância Z_s. Também no sistema TT o circuito total da corrente de falta deve apresentar uma resistência ôhmica suficientemente baixa, a fim de permitir o desligamento no tempo devido. Por isso, ao contrário dos sistemas TN, nos sistemas TT o eletrodo de aterramento da instalação deve ser considerado para avaliar a efetividade das medidas de proteção.

Fig. 3 – Eletrodo de fundação (fita de aço) conectado a cada 2 m às armaduras da fundação

Funções do eletrodo de fundação

As quatro ou cinco funções que um eletrodo de aterramento cumpre são as seguintes:

Contribui (como parte do aterramento do sistema RB) para a redução da resistência de aterramento da rede de distribuição, mantendo baixo o valor da tensão de contato.
Provê um certo grau de equipotencialização na edificação.
É particularmente eficaz como aterramento para proteção contra descargas atmosféricas.
Contribui para satisfazer os requisitos de compatibilidade eletromagnética na edificação.
Para sistemas TT, assume adicionalmente a função de aterramento de proteção.

Conclusão

Considerando as referidas vantagens dos eletrodos de aterramento de fundação, as comissões de normalização alemãs decidiram prescrevê-lo para todos os esquemas de aterramento em edificações novas. Edificações existentes estão dispensadas de instalar eletrodos de fundação retroativamente.

Referências

DIN VDE 0100-410:2007 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-41: Schutzmaßnahmen Schutz gegen elektrischen Schlag (IEC 60364-4-41:2005, modified) [equivalente à ABNT NBR 5410]

DIN VDE 0100-540:2012 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Erdungsanlagen und Schutzleiter (IEC 60364-5-54:2011) [equivalente à ABNT NBR 5410].

DIN 18014:2014 – Fundamenterder Planung, Ausführung und Dokumentation.