ATERRAMENTO ISOLADO: Cuidado!

 

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. Neste texto eu focarei na necessidade da 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 e 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 diretamente na rede elétrica, 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. Descargas nas proximidades da linha também geram surtos na rede. 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.

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. Isso é explicado pelo seguinte: a alimentação interna dos circuitos é isolada da entrada pelo transformador de isolamento (seja fonte analógica ou digital), mas sempre referida ao gabinete. Ou seja, o 0V da fonte é sempre aterrada no gabinete (lembre-se que a saída do sinal é através de um cabo coaxial com a blindagem ligada diretamente ao gabinete!).  Como a fonte de alimentação isola fase e neutro das alimentações do rádio, o neutro está aterrado em um eletrodo e o gabinete (junto com a referência 0V interna do rádio) está aterrado no outro eletrodo, 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 essa falha poderá não ser sentida pelo fusível ou disjuntor porque a corrente de curto, limitada pela resistência de aterramento do seu eletrodo, não atingirá a corrente de atuação destes dispositivos de proteção. 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, o que significa que a diferença de potencial entre eles (que recai sobre o isolamento da fonte de alimentação, como vimos) se reduza drasticamente.

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, 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 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.

 

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 DSPs. 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 deixarão passar apenas a tensão residual durante a passagem do surto. Ledo engano, pois, na prática, se o surto de corrente for muito alto, como no caso de raio na torre, com a falta da interligação por um cabo, os DPSs poderão não suportar. IMPORTANTE: Isso acontece mesmo que você desconecte todos os cabos coaxiais e controles de rotor da antena, porque, no caso do raio cair na torre,  o potencial do aterramento dela e da estação (estão interligados) sobe muito acima do potencial de aterramento do neutro junto do medidor. 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 coordenado). Ou seja, não se fie em DPSs para proteger uma estação com aterramento independente do aterramento do neutro (sistema TT).

 

RESUMO

1) O neutro de uma residência é aterrado através de um eletrodo junto ao medidor;

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 conectores 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, dependendo da amplitude, claro.

5) Outra consequência é prejuízo no funcionamento de fusíveis e disjuntores de sobrecorrente, expondo a choque elétrico no caso de curto-circuito fase/gabinete (fase/terra local). Para evitar esse risco é necessário o uso de proteção Diferencial/Residual (muito mais sensível);

6) A solução é a interligação do aterramento do neutro lá na entrada ao aterramento da estação através do terra de proteção (que vai ao terceiro pino);

7) Se não tiver o terra de proteção, providencie (atendendo a NBR5410-Instalações elétricas de baixa tensão).

8) Em caso de dificuldade prática, siga a orientação de um excelente vídeo sobre o assunto.

9) Se quiser maior proteção, acrescente DPSs complementares de acordo com a NBR5410. 

10) DPSs não substitui adequadamente a interligação dos terras, apenas complementa;

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).