Validação de eletrodo de aterramento conforme NBR5419/2015

Nesse artigo iremos falar sobre o subsistema de aterramento e vamos começar pelas principais funções dentro do SPDA.

O QUE É UM ELETRODO DE ATERRAMENTO?

Algumas pessoas ainda estão presas a algumas nomenclaturas e têm dificuldade de entender. Á luz da Norma, o que é um eletrodo de aterramento?

Encontramos na parte 3 da NBR5419/2015 as seguintes definições:

3.8 condutor em anel – Condutor formando um laço fechado ao redor da estrutura e interconectando os condutores de descida para a distribuição da corrente da descarga atmosférica entre eles.

3.9 subsistema de aterramento – Parte de um SPDA externo que é destinada a conduzir e dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra.

3.10 eletrodo de aterramento – Parte ou conjunto de partes do subsistema de aterramento capaz de realizar o contato elétrico direto com a terra e que dispersa a corrente da descarga atmosférica nesta.

3.11 eletrodo de aterramento em anel – Eletrodo de aterramento formando um anel fechado ao redor da estrutura, em contato com a superfície ou abaixo do solo.

3.12 eletrodo de aterramento pela fundação – Parte condutora enterrada no solo embutida no concreto da fundação da estrutura, preferencialmente na forma de um círculo fechado, e que tem continuidade elétrica garantida.

3.13 impedância de aterramento convencional – Relação entre os valores de pico da tensão no sistema de aterramento e da corrente neste sistema, valores estes que, em geral, não ocorrem simultaneamente.

3.14 tensão no sistema de aterramento – Diferença de potencial entre o sistema de aterramento e o terra remoto.

“5.4.1 Subsistema de aterramento – Quando se tratar da dispersão da corrente da descarga atmosférica (comportamento em alta frequência) para a terra, o método mais importante de minimizar qualquer sobretensão potencialmente perigosa é estudar e aprimorar a geometria e as dimensões do subsistema de aterramento. Deve-se obter a menor resistência de aterramento possível, compatível com o arranjo do eletrodo, a topologia e a resistividade do solo no local.

NOTA: Recomenda-se que a utilização de subsistemas de aterramento e descida naturais seja priorizada.”

Poderíamos resumir as definições acima da seguinte forma: Qualquer material ou conjunto de materiais os que atendam aos requisitos mínimo da NBR5419-3:2015, em contato elétrico com o solo, e que ajudem a dispersar as correntes do raio, fazem parte do subsistema de aterramento. Os materiais mais usados e mais facilmente encontrados no mercado são basicamente os cabos de cobre e as hastes de aterramento, não se limitando apenas a estes, e ambos compõe o eletrodo de aterramento. O cabo é um eletrodo horizontal, que a Norma chama de eletrodo não cravado e as hastes são eletrodos verticais, que a Norma chama de eletrodo cravado.

Reparem na tabela 7 abaixo que, além do cabo de cobre, existem outras opções, como cabo de aço cobreado, aço galvanizado a fogo e aço inox. O alumínio é proibido para o subsistema de aterramento (veja a tabela 5),pois este se degrada muito rapidamente, por isso também é proibido dentro do reboco e dentro no concreto.

Para o caso de serem usadas hastes de aterramento (arredondado maciço) deverão atender à Norma NBR 13571, hastes de aterramento cobreadas (COPPERWELD) com uma camada de cobre de 254 micras (alta camada) e diâmetro mínimo de 12,7 mm, sendo as hastes “comerciais” de baixa camada, proibidas. Caso seja usado o cabo cobreado, a seção mínima é de 70 mm2 e diâmetro de cada fio de 3,45 mm, com 254 micras de cobre também.

ARRANJO DO ELETRODO DE ATERRAMENTO

Na norma anterior, datada de 2005, eram permitidos 2 tipos de arranjo de aterramento, o arranjo físico A pontual e o arranjo B em anel.

O arranjo físico A pontual poderia ser constituído por uma haste de aterramento ou por um triângulo com cabos e hastes ou por um quadrado etc. Todos esses arranjos pontuais eram instalados próxima a cada descida do SPDA.

Para se usar este tipo de arranjo era necessário atender a 2 quesitos: que a edificação tivesse um perímetro de, no máximo, 25 m e a resistividade do solo fosse no máximo 100 Ω.m, ou seja, para usar este arranjo é obrigatório ser realizada a prospecção do solo e estratificar este em camadas, mostrando a sua resistividade e a profundidade de cada camada. Se a camada onde esse aterramento pontual iria ser instalado tivesse uma resistividade maior, ou se o perímetro da edificação for acima de 25 m, este arranjo não poderia ser usado.

O que estava acontecendo na prática é que muitos projetos e instalações estavam sendo implantados sem atender a esses 2 quesitos exigidos pela Norma, de forma indiscriminada. Por esse motivo, na revisão de 2015, este arranjo foi retirado, mas também por entendermos que a resistividade de 100 Ω.m está fora da realidade da maioria dos solos brasileiros e porque este tipo de arranjo aumenta muito o risco para as pessoas e animais, devido ao aumento do risco de descarga lateral, tensão de passo e tensão de toque.

A partir da revisão de 2015 da norma, passou a ser permitido somente o arranjo B em anel.

1. Este arranjo consiste num anel circundado a edificação com cabo de cobre 50 mm2, afastado de um 1 m da projeção da edificação, a 50 cm de profundidade.

2. Para as edificações de nível III e nível IV, este anel circundando a edificação é suficiente conforme figura 3 da parte 3.

3. O comprimento mínimo para nível III e nível IV é de 5 m, o que é facilmente atendido em quase todas as edificações desses níveis de proteção, uma vez que o comprimento mínimo do eletrodo não varia com a resistividade do solo.

4. Para o nível I e nível II de proteção é necessário fazer a prospecção do solo “In loco”, estratificando este em camadas (NBR7117) e identificando o valor (Ω.m) da resistividade da camada onde o eletrodo de aterramento será instalado. Com este valor, é possível identificar na figura 3, no “eixo y”, qual o comprimento mínimo do eletrodo de aterramento (l₁) que deverá estar enterrado.

5. O próximo passo consiste em calcular o R_e (raio equivalente),que é o raio de uma circunferência que tenha a mesma área do seu anel de aterramento, e verificar se o r_e ≥ l . Se esta condição for atendida, então o comprimento mínimo do eletrodo de aterramento atende à exigência da Norma. Caso contrário, o comprimento do eletrodo terá de ser aumentado até que a condição seja atendida.

6. Como vemos na figura 3, caso a resistividade do solo extrapole os 3.000 Ω.m, a Norma dá duas fórmulas para calcular o l₁ em função do nível de proteção, que são respectivamente, l_r= 0,03.r – 10 (Classe I) e l_r= 0,02.r – 11 (Classe II). Nos 2 casos, é necessário fazer a prospecção e estratificação do solo em camadas para poder determinar a resistividade (r) da camada onde o eletrodo de aterramento será instalado.

7. Para aumentar o comprimento do eletrodo de aterramento, quando a resistividade do solo é inferior a 3.000 Ω.m , a Norma fornece 2 opções. Para o eletrodo de aterramento com eletrodos horizontais (cabos ou fitas),a formula é l_r= l₁-r_e , e para eletrodos verticais (hastes verticais ou inclinadas ou buracos verticais com cabos) a fórmula é l_v= (l₁-r_e)/2.

Segue abaixo a figura 3 da NBR5419-3:2015:

NOTA 1 – O anel de aterramento deverá estar no mínimo 80% enterrado, aceitando-se em casos de extrema necessidade, como por exemplo caso de interferências com outras instalações que no máximo 20% do eletrodo possa estar a uma profundidade menor. Nesta situação, é altamente recomendável que seja justificado o motivo desta atitude.

NOTA 2– Aquele anel que a Norma antiga aceitava até 4 m acima do solo não é mais permitido. A regra agora é a nota 1 acima.

NOTA 3 – No caso de impossibilidade de executar esse anel na periferia externa da edificação, a Norma permite que esse anel seja executado dentro a edificação. Nestes casos, é altamente recomendável que seja justificado no relatório técnico do projeto essa medida. Uma dica para este caso é que o anel interno à edificação seja instalado o mais externo possível para reduzir o risco de alguém que esteja no subsolo, estar fora do anel no instante em que um raio atinja a edificação e esta possa estar em situação de risco, submetida a tensões de passo e/ou toque acima do desejável.

E cadê os 10 OHMS ?

a) A Norma anterior à de 1993 exigia uma resistência máxima de 10 ohms em qualquer época do ano. Esse jargão constava em todos os projetos e documentos técnicos que falassem sobre o aterramento do SPDA. Veja de onde veio esse texto.

“NBR 5419/1977 – 3.4.5.1– O número de eletrodos de terra depende da característica do solo; a resistência de terra não deve ser superior a 10 ohms, em qualquer época do ano, medida por aparelhos e métodos adequados.”

b) O primeiro erro é que a garantia desse valor de aterramento é do projetista, através da execução da prospecção do solo e estratificação em camadas (NBR 7117/2012). Lançando a malha de aterramento nessa estratificação, usando um aplicativo de estratificação, ele já te daria um valor de aterramento estimado para essa malha, e desta forma o projetista poderia ampliar a malha com eletrodos verticais ou horizontais até chegar num valor que ele considerasse aceitável para esse tipo de solo.

c) Nos casos onde o projeto de SPDA não era feito corretamente, passava-se a responsabilidade para a empresa instaladora. No final da obra, a medição de resistência (NBR15749/2009) de aterramento, apresentava valores baixos por ter sido feita de forma incorreta (dentro da área de influência do aterramento).

d) Cabia ao instalador, resolver um problema de projeto. Este partia para a cravação de hastes e lançamento de produtos químicos agressivos no solo, para que a qualquer custo, aparecessem os 10 ohms. Quando a solução não eram os produtos químicos, se partia para as fórmulas mágicas de sal grosso, carvão vegetal e água. Obviamente, essas soluções mirabolantes traziam de médio a longo prazo um preço, que é a degradação do aterramento e a sua inevitável troca total.

Após 1993, a norma mudou o texto para:

“5.1.3.1.1 – Para assegurar a dispersão da corrente de descarga atmosférica na terra sem causar sobretensões perigosas, o arranjo e as dimensões do sistema de aterramento são mais importantes que o próprio valor da resistência de aterramento. Entretanto, recomenda-se uma resistência da ordem de 10 Ω, como forma de reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso.”

Como vemos, houve uma evolução da obrigatoriedade para a recomendação.

Na NBR 5419/2015, o texto evolui para:

Na Norma atual não é mencionado nenhum valor específico pois se sabe que a configuração da malha de aterramento, associada ao anel circundando a edificação, é a melhor solução tanto para a dispersão das correntes no solo, quanto para a segurança pessoal. Associado a esse tema, temos de lembrar que as correntes impulsivas têm miopia para a resistência ( R ),sendo mais importante a sua Impedância (Z),que depende da geometria da malha e do perfil dos materiais que estão sendo usados.

Mas se os 10 OHMS não validam o aterramento, como valido um aterramento de SPDA hoje em dia à luz da nova Norma?

A eficiência de um aterramento de SPDA pela nova Norma pode ser validada pelos seguintes itens.

a) Eletrodos naturais

• Garantia da sua integridade física (anel dentro das vigas baldrames) sejam acidentais (durante a execução da fundação)  ou sejam propositais (usando um condutor específico para garantir a continuidade do anel).
• Essa integridade poderá ser comprovada com documentos técnicos que comprovem que a continuidade foi executada.
• Testes de continuidade elétrica de acordo com o anexo F da parte 3 da Norma, com respectivo relatório técnico comprovando os valores medidos.

b) Eletrodos não naturais

Para um eletrodo de aterramento não natural é necessário garantir que:

• o eletrodo de aterramento é um anel fechado circundado a edificação;
• o anel está no mínimo 80% em contato com o solo;
• caso existam os 20% fora do solo, deverão ser justificado;
• que esse anel está conectado com os condutores de descida;
• que esse anel está a uma profundidade mínima de 50 cm;
• o anel está 1 m afastado da edificação, caso contrário, seja justificado;
• o cabo do eletrodo em anel está dentro da Norma NBR 5419/2015, tabela 7 da parte 3, e NBR 6524 (7 fios com 3 mm diâmetro cada fio etc.);
• não existam conexões mecânicas em contato com o solo;
• caso o anel de aterramento contenha hastes (eletrodos verticais) estas sejam de alta camada, conforme Norma NBR 13571;
• o anel de aterramento é continuo (registro documental ou teste de continuidade);
• validar o comprimento do eletrodo de aterramento pela figura 3 da parte 3, comprimento de eletrodo versus resistividade do solo;
• validar que o r_e ≥ l_1;
• no caso de nível 1 e 2 para validar o l₁ é obrigatório ter a prospecção do solo e a resistividade do solo, estratificada em camadas NBR 7117/2012.

CONCLUSÃO

1. Acho que ficou bem claro que antigamente se validava um aterramento a partir de um valor de resistência que aparecia no aparelho sem se questionar o método de medição usado, contra 13 ou mais itens que fazem realmente uma grande diferença na qualidade e eficiência do eletrodo de aterramento.

2. E como estamos falando de aterramento é necessário muito cuidado com os milagrosos aterramentos separados, eletrônicos, isolados, exigidos por fabricantes de equipamentos eletrônicos. A Norma deixa claro que caso existam outros eletrodos de aterramento estes têm de ser equalizados via barramentos BEP ou BEL.

Escrito por Eng. Normando Alves
Diretor de Engenharia da Termotécnica Para-raios
Membro da comissão que revisa a NBR5419.

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