Fez um aterramento para a sua estação com uma ou mais
hastes de aterramento? Muito bom. Mas faça uma conexão correta com o
aterramento da sua instalação elétrica para evitar queimar o seu rádio (ou
fonte DC), computadores ou outro equipamento na estação no caso de surtos causados por raios!
Não entrarei em detalhes a respeito de aterramento, sobre o
qual há muito o que falar pela sua importância. Mas este artigo apresenta o aspecto mais básico de aterramento como proteção contra choque elétrico e proteção dos equipamentos na estação, que dependem da adequada interconexão entre o terra de proteção da sua instalação elétrica e um
aterramento dedicado à estação. Aos interessados em conhecer melhor as funções
do aterramento e os cuidados requeridos para que ele desempenhe todas as suas
funções (são várias), recomendo a leitura do artigo sobre o tema no Blog.
Esse artigo é
apenas informativo, um alerta. Toda a instalação elétrica, incluindo o
aterramento, deve atender à NBR5410-Instalações Elétricas de Baixa Tensão.
O Problema:
É muito comum se ouvir nas faixas e grupos colegas garantindo
terem um bom sistema de aterramento porque têm uma boa haste cravada no solo
(ou até um conjunto delas), com baixa resistência de aterramento, conectada a
uma barra de cobre reforçada à qual se interligam os aterramentos de todos os
equipamentos do shack. No entanto, esquecem de interligar esse aterramento ao
aterramento da instalação elétrica (terceiro pino ou terra de proteção PE,
segundo a NBR 5410) por não terem o terceiro pino nas suas estações, ou acharem
que é um terra “limpo” de ruídos que venham pela rede elétrica.
O problema está no fato do neutro nas instalações
residenciais ser normalmente conectado a um eletrodo de aterramento junto ao
medidor, conforme exigido pela concessionária. Quando você faz um segundo
aterramento (aquele eletrodo enterrado super bacana que você dedica à estação
onde estará referida a carcaça do rádio, PC etc) se esses eletrodos não forem
interconectados aparecerá uma diferença de potencial entre eles sempre que
ocorrer um raio na vizinhança da residência ou da rede de distribuição elétrica.
Essa diferença de potencial é denominada de “modo comum” e pode ser altamente
destrutiva, dependendo de vários fatores, como o local onde o raio cai.
Veja na figura abaixo onde está representada a rede elétrica
com o neutro da sua casa aterrado junto ao medidor e um eletrodo de aterramento
conectado ao terceiro pino da tomada da estação, onde se encontra ligado o
terra do rádio (via terceiro pino do plug do rádio ou terminal de aterramento
no gabinete). Note que não representei o disjuntor de proteção de sobrecorrente
para simplificar o desenho (que já está bem cheio de detalhes!).
Está representada, também, uma descarga nas proximidades da rede elétrica (ou mesmo sobre), gerando um grande surto de tensão que corre a linha de média tensão, passa pela proteção do transformador para o aterramento que se liga ao neutro, seguindo pelo neutro da baixa tensão (e fases também) até a entrada da sua casa. O surto chega no aterramento junto do medidor com uma tensão que pode ser de até 4.000 volts, mesmo com esse aterramento porque ele não tem capacidade de neutralizar toda essa tensão (por isso procura-se o melhor terra possível junto aos medidores). Portanto, esse surto segue pelo neutro (e fases também com a diferença de 127 ou 220V!) até a entrada de alimentação do rádio.
O desenho abaixo detalha um pouco mais a instalação do seu rádio com os dois aterramentos em questão: o do neutro da alimentação do rádio (ou fonte externa) e o aterramento dedicado à sua estação.
Veja que o gabinete do rádio está aterrado no segundo eletrodo, que não é interligado ao primeiro (de fato, ele é um eletrodo “limpo de surtos”). Portanto existirá uma enorme diferença de potencial entre a alimentação e o gabinete no momento da descarga atmosférica.
Isso é explicado pelo seguinte: a alimentação interna dos circuitos é sempre isolada da entrada da rede elétrica pelo transformador de isolamento, mas sempre referida ao gabinete. Ou seja, o 0V da saída da fonte é sempre aterrada no gabinete (lembre-se que a entrada/saída do sinal de antena é através de um cabo coaxial com a malha (0V) ligada diretamente ao gabinete!). E isso acontece em qualquer fonte, analógica ou chaveada, seja interna ao seu rádio, PC, linear etc, seja uma fonte externa.
Como o neutro, que está aterrado em um eletrodo junto ao medidor, se conecta ao primário do transformador de isolamento da fonte de alimentação, e o gabinete (junto com a referência 0V interna do rádio) está aterrado no outro eletrodo e se conecta ao secundário deste transformador de isolamento, toda a enorme diferença de potencial entre estes eletrodos de aterramento se transferirá para o transformador de isolamento, rompendo-o quando ultrapassar a suportabilidade da isolação entre primário e secundário (o que é muito frequente!). Isso causará a queima da fonte e de mais circuitos por onde passe a corrente subsequente ao centelhamento.
Esta configuração de terras é denominada TT pela NBR5410, e tem outro detalhe importante: em um curto-circuito entre fase e gabinete metálico, o gabinete ficará energizado com a tensão de fase, portanto sujeitando pessoas a choques perigosos (que podem ser até fatais!). E esse curto-circuito poderá não ser sentido pelo fusível ou disjuntor porque a corrente de curto, limitada pela resistência de aterramento do seu eletrodo e dos aterramentos dos neutros na rede, poderá não atingir a corrente de atuação destes dispositivos de proteção. E isso é o mais provável!
Por essa razão, esse tipo
de aterramento (TT) exige o uso de outro tipo de disjuntor, muito mais
sensível: o DR (diferencial/residual) que atua na ordem de algumas poucas
dezenas de miliamperes e que a esmagadora maioria dos shacks não deve ter.
A solução
A solução simples (pelo menos teoricamente) é a interconexão destes dois aterramentos com um condutor entre eles, conforme a figura abaixo, procurando equipotencializar os eletrodos, ou seja, mantê-los em um mesmo potencial. Na realidade essa diferença de potencial entre eles (que recai sobre o isolamento da fonte de alimentação, como vimos) não vai a zero, mas fica reduzido drasticamente, normalmente a valores suportáveis pela isolação do transformador.
Esse condutor de equipotencialização deve acompanhar os
condutores de fases e neutro desde o aterramento na entrada da alimentação da
residência, e o condutor que faz isso é o “Terra de Proteção” cuja sigla na
norma é PE (do inglês “Protection Earth”). Esse é o condutor que deveria chegar
nos “terceiros-pinos” de todas as tomadas. Assim, se você acrescentar um bom
aterramento na sua estação baseado em eletrodos de aterramento enterrados no solo, não se esqueça
de interligar o terra de proteção (terceiro pino) da sua instalação elétrica à
barra de aterramento que se conecta aos aterramentos dos equipamentos. Com isso
você estará reduzindo bastante as possibilidades de queima dos equipamentos no shack no
caso de quedas de raio nas proximidades da estação ou da rede elétrica.
Outra função do Terra de Proteção (terceiro pino, PE) é
garantir a ação dos dispositivos de proteção de sobrecorrente (fusíveis e
disjuntores) quando houver curto-circuito da fase para o gabinete pois, como
esse terra de proteção conecta o gabinete energizado pela fase diretamente ao
neutro na entrada da residência, isso causa uma alta corrente de curto capaz de
rapidamente acionar essas proteções, interrompendo a alimentação.
E fato importante sobre as proteções contra choque elétrico e contra sobretensão perigosa de surto atmosférico sobre os seus equipamentos da estação proporcionadas pela interconexão do aterramento elétrico ao aterramento da sua estação é que a garantia destas proteções é totalmente independente da resistência de aterramento que você conseguir no eletrodo da estação! Obter baixos valores de aterramento é interessante para outros aspectos (vide aqui), mas não para essas questões de proteção que coloquei aqui.
Observações complementares:
1) Muitos leitores dirão: mas na minha casa ou apartamento
não tenho terceiro pino, ou seja, esse “terra de Proteção” PE!
Conforme visto, é importante acrescentar esse Terra de
Proteção de acordo com a NBR 5410, que define alguns requisitos como, ter
bitola igual ao condutor da fase, seguir pelos mesmos conduítes dos demais
condutores fases e neutro, conectar-se ao neutro no ponto de aterramento deste
na entrada da alimentação da residência, portanto antes do disjuntor DR
(diferencial/residual) etc. Procure um
bom eletricista para garantir que a instalação será correta.
Em muitos prédios antigos (como o meu) não é possível trazer
mais um condutor de aterramento pelo conduíte entre a entrada do prédio e o seu
apartamento. A NBR5410 prevê uma alternativa (TN-C-S), mas não a recomenda. Uma
boa descrição desta possibilidade pode ser vista neste canal do Youtube, que
acho excelente para quem quer tirar dúvidas sobre instalação elétrica de baixa
tensão. Eles são muito profissionais.
2) Esse terra de proteção que interconecta os aterramentos
da estação e da instalação elétrica pode não ser suficiente para garantir uma
redução da diferença de potencial entre esses terras aos níveis suportáveis
pelos eletroeletrônicos em geral, principalmente para os casos de surtos
atmosféricos que são rápidos e, portanto, apresentam uma componente de alta frequência. E, como os fios têm indutâncias, para essas altas
frequências a interconexão não será suficiente, requerendo o uso de
dispositivos de proteção contra surtos, os famosos DPSs. E, para uma proteção
bem completa para equipamentos sensíveis, pode haver necessidade de usar mais
de um, com características diferentes (capacidades e velocidades complementares)
em pontos como no painel de distribuição (o de maior capacidade) e na bancada
dos equipamentos (o de menor capacidade, porém mais rápido). Enfim, são dados
que fogem do escopo deste simples artigo que busca mostrar que não basta um
conjunto de hastes enterradas e uma boa barra de terra na estação para garantir
o correto aterramento. Para mais detalhes vejam o artigo sobre aterramento no Blog.
3)Quando você coloca um DPS na estação, que interliga fases e neutro ao terra da estação no momento do surto, você pode pensar que os equipamentos estarão protegidos já que, teoricamente, os varistores internos limitarão tensão entre fase e terra da estação (e entre neutro e terra da estação) durante a passagem do surto. PORÉM, para quem tem torre e um raio cair nela, conforme representado na figura abaixo, com a falta da interligação dos terras através de um cabo, os DPSs poderão não suportar uma corrente muito grande imposta pelo raio, já que não existe essa interligação dos terras para desviar parte da corrente do raio. E isso acontece mesmo que você desconecte todos os cabos coaxiais e controles de rotor da antena, mas deixe os rádios e equipamentos (que estão aterrados) com as tomadas conectadas, porque, no caso do raio cair na torre, o potencial do aterramento da base da torre e da estação (estão interligados) sobe muito acima do potencial de aterramento do neutro junto do medidor, podendo causar essa corrente excessiva nos DPSs.
Veja que essa situação está representada na figura abaixo, já que não tem nenhum cabo de antena ligado ao rádio. Para você proteger os equipamentos nesta situação, você também deveria desconectar as tomadas de todos eles ou desconectar a alimentação de toda a estação.
Outra limitação desta solução baseada só em DPSs é que uma proteção adequada com esses protetores requer o uso de mais de um, com características de instalação específicas (escalonamento de potências e velocidades de atuação devidamente coordenadas). Ou seja, não se fie em DPSs para proteger uma estação com aterramento independente do aterramento do neutro (sistema TT).
RESUMO
2) Um aterramento adicional dedicado à estação é um segundo eletrodo;
3) Normalmente esses eletrodos apresentarão uma diferença de potencial sempre que houver descarga atmosférica nas proximidades da casa, da rede elétrica ou, pior, cair diretamente sobre a sua torre de antenas (mesmo sem antenas ou com os cabos coaxiais e controle de rotor desconectados dos rádios!);
4) Se esses eletrodos não forem interligados com o terra de proteção da instalação elétrica, essa diferença de potencial recairá sobre o isolamento das fontes de alimentação dos equipamentos no Shack, queimando-os, se ultrapassarem o limite de suportabilidade desse isolamento (e isso é muito frequente!).
6) A solução é a interligação do aterramento do neutro lá na entrada ao aterramento da estação através do terra de proteção PE (que vai ao terceiro pino). E essa solução (destes problemas relatados aqui no artigo) independe do valor da resistência de aterramento (que afeta outros aspectos não cobertos aqui);
8) Em caso de dificuldade prática, siga a orientação de um excelente vídeo sobre o assunto.
11) Mesmo com todos os cuidados aqui descritos, SEMPRE desconecte os cabos de antenas e todos os demais que venham da área externa, torre etc como controle de rotor (e deixe distante das pessoas) sempre que perceber risco de queda de raios, pois esse tipo de recurso de aterramento, proteção etc não é suficiente para impedir danos pessoais e patrimoniais (danos nos equipamentos) no caso de incidência direta de raios na antena/torre. O melhor é desconectar esses cabos e a alimentação geral da estação. Eu faço isso na minha. Uma vez desconectada, a estação está protegida nas duas entradas (alimentação elétrica e antenas).
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